Kristalografi dasar

Kristalografi

Kristalografi adalah suatu cabang dari mineralogi yang mempelajari sistemsistem

kristal. Suatu kristal dapat didefinisikan sebagai padatan yang secara

esensial mempunyai pola difraksi tertentu (Senechal, 1995 dalam Hibbard,

2002). Jadi, suatu kristal adalah suatu padatan dengan susunan atom

yang berulang secara tiga dimensional yang dapat mendifraksi sinar X. Kristal

secara sederhana dapat didefinisikan sebagai zat padat yang mempunyai

susunan atom atau molekul yang teratur. Keteraturannya tercermin dalam

permukaan kristal yang berupa bidang-bidang datar dan rata yang mengikuti

pola-pola tertentu.

Bidang-bidang datar ini disebut sebagai bidang muka kristal. Sudut antara

bidang-bidang muka kristal yang saling berpotongan besarnya selalu

tetap pada suatu kristal. Bidang muka kristal itu baik letak maupun arahnya

ditentukan oleh perpotongannya dengan sumbu-sumbu kristal. Dalam

sebuah kristal, sumbu kristal berupa garis bayangan yang lurus yang menem-

bus kristal melalui pusat kristal. Sumbu kristal tersebut mempunyai satuan

panjang yang disebut sebagai parameter.


2.1 Kimia Kristal

Komposisi kimia suatu mineral merupakan hal yang sangat mendasar, beberapa

sifat-sifat mineral/kristal tergantung kepadanya. Sifat-sifat mineral/

kristal tidak hanya tergantung kepada komposisi tetapi juga kepada

susunan meruang dari atom-atom penyusun dan ikatan antar atom-atom

penyusun kristal/mineral.

Komposisi kimia kerak bumi

Bumi dibagi menjadi:

_ kerak

_ mantel, dan

_ inti bumi

ketebalan kerak bumi di bawah kerak benua sekitar 36 km dan di bawah kerak

samudra berkisar antara 10 sampai 13 km. Batas antara kerak dengan mantel

dikenal dengan Mohorovicic discontinuity.

Kimia kristal Sejak penemuan sinar X, penyelidikan kristalografisinar X

telah mengem-bangkan pengertian kita tentang hubungan antara kimia dan

struktur. Tujuannya adalah: 1) untuk mengetahui hubungan antara susunan

atom dan komposisi kimia dari suatu jenis kristal. 2) dalam bidang geokimia

tujuan mempelajari kimia kristal adalah untuk memprediksi struktur kristal

dari komposisi kimia dengan diberikan temperatur dan tekanan.

Daya Ikat dalam Kristal

Daya yang mengikat atom (atau ion, atau grup ion) dari zat pada kristalin

adalah bersifat listrik di alam. Tipe dan intensitasnya sangat berkaitan dengan

sifat-sifat fisik dan kimia dari mineral. Kekerasan, belahan, daya lebur, kelistrikan

dan konduktivitas termal, dan koefisien ekspansi termal berhubungan

secara langsung terhadap daya ikat.

(a)

(b)

GAMBAR 2.1: Sistem kubik: (a) asli, (b) modi_kasi

Secara umum, ikatan kuat memiliki kekerasan yang lebih tinggi, titik leleh

yang lebih tinggi dan koefisien ekspansi termal yang lebih rendah. Ikatan

kimia dari suatu kristal dapat dibagi menjadi 4 macam, yaitu: ionik, kovalen,

logam dan van der Waals.

2.2 Sistem kristal

Hingga saat ini baru terdapat 7 macam sistem kristal. Dasar penggolongan

sistem kristal tersebut ada tiga hal, yaitu:

_ jumlah sumbu kristal,

_ letak sumbu kristal yang satu dengan yang lain

_ parameter yang digunakan untuk masing-masing sumbu kristal

Adapun ke tujuh sistem kristal tersebut adalah:

2.2.1 Sistem isometrik

Sistem ini juga disebut sistem reguler, bahkan sering dikenal sebagai sistem

kubus/kubik (Gambar 2.1). Jumlah sumbu kristalnya 3 dan saling tegak lurus
satu dengan yang lainnya. Masing-masing sumbu sama panjangnya.

2.2.2 Sistem tetragonal

Sama dengan sistem isometrik, sistem ini mempunyai 3 sumbu kristal yang

masing-masing saling tegak lurus (Gambar 2.2). Sumbu a dan b mempunyai satuan panjang yang sama. Sedangkan sumbu c berlainan, dapat lebih panjang

atau lebih pendek (umumnya lebih panjang).

(a)

(b)

(c)

GAMBAR 2.2: Sistem tetragonal: (a)

asli, (b) modi_kasi, dan (c) scheelite

2.2.3 Sistem rombis

Sistem ini disebut juga orthorombis (Gambar 2.3) dan mempunyai 3 sumbu

kristal yang saling tegak lurus satu dengan yang lain. Ketiga sumbu kristal

tersebut mempunyai panjang yang berbeda.

2.2.4 Sistem heksagonal

Sistem ini mempunyai empat sumbu kristal, dimana sumbu c tegak lurus terhadap

ketiga sumbu yang lain. Sumbu a, b, dan d masing-masing saling membentuk

sudut 120_ satu terhadap yang lain (Gambar 2.4). Sumbu a, b, dan d

mempunyai panjang yang sama. Sedangkan panjang c berbeda, dapat lebih

panjang atau lebih pendek (umumnya lebih panjang).

(a)

(b)

GAMBAR 2.3: Sistem ortorombik: (a) asli, (b) modi_kasi

(a)

(b)

(c)

(d)

GAMBAR 2.4: Sistem heksagonal: (a) asli, (b) modifikasi, (c) vanadinit, dan (d) kuarsa

(a)

(b)

(c)

GAMBAR 2.5: Sistem trigonal: (a) asli,

(b) modifikasi, dan (c) kalsit

2.2.5 Sistem trigonal

Beberapa ahli memasukkan sistem ini ke dalam sistem heksagonal (Gambar

2.5). Demikian pula cara penggambarannya juga sama. Perbedaannya bila

pada trigonal setelah terbentuk bidang dasar, yang berbentuk segienam kemudian

dibuat segitiga degnan menghubungkan dua titik sudut yang melewati

satu titik sudutnya.

2.2.6 Sistem monoklin

Monoklin artinya hanya mempunyai satu sumbu yang miring dari tiga sumbu

yang dimilikinya. Sumbu a tegak lurus terhadap sumbu b; b tegak lurus

terhadap c, tetapi sumbu c tidak tegak lurus terhadap sumbu a. Ketiga sumbu

tersebut mempunyai panjang yang tidak sama, umumnya sumbu c yang

paling panjang dan sumbu b yang paling pendek.

(a)

(b)

(c)

GAMBAR 2.6: Sistem monoklin: (a) asli, (b) modi_kasi, dan (c) mineral krokoit

(a)

(b)

(c)

GAMBAR 2.7: Sistem triklin: (a) asli, (b)

modifikasi, dan (c) rodokrosit.

2.2.7 Sistem triklin

Sistem ini mempunyai tiga sumbu yang satu dengan lainnya tidak saling tegak

lurus. Demikian juga panjang masing-masing sumbu tidak sama.

2.3 Unsur-unsur simetri kristal

Dari masing-masing sistem kristal dapat dibagi lebih lanjut menjadi klas-klas

kristal yang jumlahnya 32 klas. Penentuan klasi_kasi kristal tergantung dari

banyaknya unsur-unsur simetri yang terkandung di dalamnya. Unsur-unsur

simetri tersebut meliputi:

1. bidang simetri

2. sumbu simetri

3. pusat simetri

2.3.1 Bidang simetri

Bidang simetri adalah bidang bayangan yang dapat membelah kristal menjadi

dua bagian yang sama, dimana bagian yang satu merupakan pencerminan

dari yang lain. Bidang simetri ini dapat dibedakan menjadi dua, yaitu bidang

simetri aksial dan bidang simetri menengah.

Bidang simetri aksial bila bidang tersebut membagi kristal melalui dua sumbu

utama (sumbu kristal). Bidang simetri aksial ini dibedakan menjadi dua,

yaitu bidang simetri vertikal, yang melalui sumbu vertikal dan bidang simetri

horisontal, yang berada tegak lurus terhadap sumbu c. Bidang simetri menengah

adalah bidang simetri yang hanya melalui satu sumbu kristal. Bidang

simetri ini sering pula dikatakan sebagai bidang siemetri diagonal.
2.3.2 Sumbu simetri

Sumbu simetri adalah garis bayangan yang dibuat menembus pusat kristal,

dan bila kristal diputar dengan poros sumbu tersebut sejauh satu putaran

penuh akan didapatkan beberapa kali kenampakan yang sama. Sumbu simetri

dibedakan menjadi tiga, yaitu gire, giroide dan sumbu inversi putar. Ketiganya

dibedakan berdasarkan cara mendapatkan nilai simetrinya.

Gire, atau sumbu simetri biasa, cara mendapatkan nilai simetrinya adalah

dengan memutar kristal pada porosnya dalam satu putaran penuh. Bila terdapat

dua kali kenampakan yang sama dinamakan digire, bila tiga trigire (4),

empat tetragire (3), heksagire (9) dan seterusnya.

Giroide adalah sumbu simetri yang cara mendapatkan nilai simetrinya dengan

memutar kristal pada porosnya dan memproyeksikannya pada bidang

horisontal. Dalam gambar, nilai simetri giroide disingkat tetragiroide ( ) dan

heksagiroide ( ).

Sumbu inversi putar adalah sumbu simetri yang cara mendapatkan nilai

simetrinya dengan memutar kristal pada porosnya dan mencerminkannya

melalui pusat kristal. Penulisan nilai simetrinya dengan cara menambahkan

bar pada angka simetri itu.

2.3.3 Pusat simetri

Suatu kristal dikatakan mempunyai pusat simetri bila kita dapat membuat

garis bayangan tiap-tiap titik pada permukaan kristal menembus pusat kristal

dan akan menjumpai titik yang lain pada permukaan di sisi yang lain dengan

jarak yang sama terhadap pusat kristal pada garis bayangan tersebut.

Atau dengan kata lain, kristal mempunyai pusat simetri bila tiap bidang muka

kristal tersebut mempunyai pasangan dengan kriteria bahwa bidang yang

berpasangan tersebut berjarak sama dari pusat kristal, dan bidang yang satu

merupakan hasil inversi melalui pusat kristal dari bidang pasangannya.

2.4 Klasifikasi kristal

Dari tujuh sistem kristal dapat dikelompokkan menjadi 32 klas kristal. Pengelompokkan

ini berdasarkan pada jumlah unsur simetri yang dimiliki oleh

kristal tersebut. Sistem isometrik terdiri dari lima kelas, sistem tetragonal

mempunyai tujuh kelas, rombis memiliki tiga kelas, heksagonal mempunyai

tujuh kelas dan trigonal lima kelas. Selanjutnya sistem monoklin mempunyai

tiga kelas.

Tiap kelas kristal mempunyai singkatan yang disebut simbol. Ada dua

macam cara simbolisasi yang sering digunakan, yaitu simbolisasi Schon_ies

dan Herman Mauguin (simbolisasi internasional).

Nutrisi Makro
Nutrisi makro

Nutrisi makro dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu nutrisi primer dan nutrisi

sekunder (Anonim, 2004c). Nutrisi primer meliputi: nitrogen (N), fosfor

(P), dan potasium (K). Nutrisi ini biasanya paling cepat habis di dalam tanah,

karena tanaman menggunakannya dalam jumlah besar untuk perkembangan

dan pertahanannya.

Nutrisi sekunder meliputi: kalsium (Ca), magnesium (Mg), dan belerang (S).

Biasanya nutrisi ini cukup banyak di dalam tanah, namun di beberapa tempat

diperlukan tambahan kalsium dan magnesium, misalnya pada tanah yang

asam. Kalsium dan magnesium diperlukan untuk meningkatkan keasaman

tanah. Pada bab ini akan dibahas semua unsur yang termasuk di dalam nutrisi

makro, ditambah karbon (C).

Nitrogen

Nitrogen (N) merupakan salah satu dari 13 unsur utama (esensial) yang dibutuhkan

oleh tanaman. Ketigabelas unsur utama ini disebut sebagai nutrients

(makanan). Tanaman membutuhkan makanan ini untuk pertumbuhannya.

Untuk menumbuhkan segantang (1 bushel) jagung dibutuhkan lebih kurang

16 lbs nitrogen. Fungsi nitrogen ini merupakan komponen struktural dari protein,

DNA, dan enzim (Anonim, 2004a; 2004b).

Jumlah unsur yang ada pada pupuk biasanya dinyatakan dalam rasio NP-

K. Rasio ini selalu tercantum pada kantong suatu pupuk buatan. Sebagai

contoh, pada suatu kantong pupuk tertulis .15-30-15., berarti pada pupuk

tersebut mengandung 15 persen nitrogen. Nomor ini mengindikasikan persen

berat dari nitrogen, fosfor oksida, dan potasium oksida pada pupuk.

Ada beberapa fungsi nitrogen pada tanaman adalah sebagai berikut (Anonim,

2004c):

_ Nitrogen merupakan suatu bagian dari sel hidup dan bagian utama dari

semua protein, enzim dan proses metabolik yang disertakan pada sintesa

dan perpindahan energi.
_ Nitrogen merupakan bagian dari klorofil, pewarna hijau dari tanaman

yang bertanggung jawab terhadap fotosintesis.

_ Nitrogen membantu tanaman mempercepat pertumbuhannya,

meningkatkan produksi bibit dan buah serta memperbaiki kualitas

daun dan akar.

Sumber nitrogen

Nitrogen bersumber dari pupuk dan udara (tumbuhan memperolehnya dari

atmosfer). Sumber nitrogen yang digunakan pada pupuk buatan sangat

banyak, seperti amonia (NH3), diamonium fosfat ((NH4)2HPO4), amonium nitrat

(NH4NO3), amonium sulfat ((NH4)2SO4), kalsium cyanamida (CaCN2),

kalsium nitrat (Ca(NO3)2), natrium nitrat (NaNO3), dan urea (N2H4CO). Sumber utama nitrogen secara geologi adalah kelompok mineral nitrat, seperti nitratit

dan niter (saltpeter).

Nitratit (NaNO3) mempunyai struktur kristal yang mirip dengan kalsit dan

mudah larut dalam air, sehingga hanya dapat ditemukan pada daerah kering.

Nitratit mempunyai kekerasan rendah (1 . 2 skala Mohs) dan berat jenis 2,29

gr/cm3. Mineral ini banyak dijumpai di bagian utara Chile, yang juga dikenal

sebagai sumber nitrogen (Klein, 1993; 2004).

Berbeda dengan nitratit, niter (KNO3) mempunyai struktur yang sama dengan

aragonit dan memiliki kembaran heksagonal semu. Seperti halnya nitratit,

mineral ini juga sangat mudah larut dalam air. Niter lebih sedikit dijumpai di

alam dibandingkan nitratit, namun di beberapa negara merupakan sumber

dari nitrogen untuk pupuk.

Sumberdaya geologi

Distribusi nitrogen di alam dapat dibagi menjadi tiga, yaitu nitrogen dari

mantel, sedimen dan atmosfer. Kontribusi nitrogen dari mantel berkisar dari

9 . 30% (Sano, dkk., 2001). Ini terdiri atas, nitrogen yang berasal dari busur

kepulauan sebesar 6,4 x 108 mol/tahun; cekungan belakang busur (5,6 x

108 mol/tahun), dan punggungan tengah samudera (2,8 x 109 mol/tahun)

(Gambar 5.1). Jadi, total fluks volkanik nitrogen pertahun adalah sebesar

2,8 x 109 mol/tahun berdasarkan nilai yang diambil dari punggungan tengah

samudera, pusat-pusat panas dan zona penunjaman. Sehingga selama kurang

lebih 4,55 milyar tahun umur bumi, akumulasi nitrogen mencapai 1,3 x1019

mol. Nilai ini lebih kecil 10 kali jumlah nitrogen saat ini di permukaan bumi

1,8 x 1020 mol.

Siklus nitrogen

Siklus nitrogen cukup komplek, 79 persen atmosfer tersusun atas nitrogen bebas

dan paling tidak sejumlah yang sama nitrogen terikat pada litosfer . Resevervoir

yang besar ini tidak dapat digunakan secara langsung oleh tanaman.

Pada konteks ini, mikroorganisme memegang peranan penting. Tanaman menggunakan nitrogen sebagian besar hanya sebagai ion amonium dan nitrat (Sengbusch, 2003). Pada material organik, nitrogen biasanya digunakan untuk menghasilkan grup-amino yang ditemukan pada protein atau asam nukleus. Bakteri nitrat dan nitrit merubah grup-amino kembali menjadi nitrat atau nitrit. Bakteri ini hidup di dalam tanah.

Produksi ikatan amonium dan nitrat merupakan suatu faktor pembatas pada

pertumbuhan tanaman. Litosfer mengandung nitrat dalam jumlah tak terbatas,

namun itu terjadi umumnya pada lapisan dalam sehingga tidak dapat

dicapai oleh akar tanaman. Hal ini karena ikatan nitrogen sangat mudah larut

dalam air, sehingga sebagian besar darinya hilang karena pelarutan.

GAMBAR 5.1: Sumber nitrogen dari bumi (Sano, dkk., 2001)

Fosfor

Fosfor merupakan bahan makanan utama yang digunakan oleh semua organisme

untuk energi dan pertumbuhan. Secara geokimia, fosfor merupakan 11

unsur yang sangat melimpah di kerak bumi (Benitez-Nelson, 2000). Seperti

halnya nitrogen, fosfor merupakan unsur utama di dalam proses fotosintesis.

Fosfor biasanya berasal dari pupuk buatan yang kandungannya

berdasarkan rasio N-P-K. Sebagai contoh 15-30-15, mengindikasikan bahwa

berat persen fostor dalam pupuk buatan adalah 30% fosfor oksida (P2O5).

Fosfor yang dapat dikonsumsi oleh tanaman adalah dalam bentuk fosfat,

seperti diamonium fosfat ((NH4)2HPO4) atau kalsium fosfat dihidrogen

(Ca(H2PO4)2).

Fosfat merupakan salah satu bahan galian yang sangat berguna untuk pembuatan

pupuk. Sekitar 90% konsumsi fosfat dunia dipergunakan untuk pembuatan

pupuk, sedangkan sisanya dipakai oleh industri ditergen dan makanan

ternak (Suhala & Arifin, 1997).

Mineral-mineral fosfat

Fosfat adalah batuan dengan kandungan fosfor yang ekonomis. Kandungan

fosfor pada batuan dinyatakan dengan BPL (bone phosphate of lime) atau TPL

(triphosphate of lime) yang didasarkan atas kandungan P2O5.

Sebagian besar fosfat komersial yang berasal dari mineral apatit

(Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)) adalah kalsium fluo-fosfat dan kloro-fosfat dan sebagian

kecil wavelit (fosfat aluminium hidros). Sumber lainnya berasal

dari jenis slag, guano, krandalit (CaAl3(PO4)2(OH)5 .H2O), dan milisit

(Na,K)CaAl6(PO4)4(OH)9 . 3H2O).

Apatit memiliki struktur kristal heksagonal (Gambar 5.2) dan biasanya

dalam bentuk kristal panjang prismatik. Sifat fisik yang dimilikinya: warna

putih atau putih kehijauan, hijau, kilap kaca sampai lemak, berat jenis 3,15 .

3,20, dan kekerasan 5. Apatit merupakan mineral asesori dari semua jenis

batuan.beku, sedimen, dan metamorf. Ini juga ditemukan pada pegmatit

dan urat-urat hidrotermal. Selain sebagai bahan pupuk, mineral apatit yang

transparan dan berwarna bagus biasanya digunakan untuk batu permata.

GAMBAR 5.2: Apatit dengan sistem kristal heksagonal

Siklus fosfor

Siklus fosfor sangat mudah terganggu oleh kultivasi tanah yang intensif. Fosfor

masuk ke laut melalui sungai (Gambar 5.3). Pelapukan kontinen dari materi

kerak bumi, yang mengandung rata-rata 0,1% P2O4 merupakan sumber

utama dari fosfor sungai.

GAMBAR 5.3: Siklus fosfor marin

Froelich et al. (1982, dalam Benitez-Nelson, 2000) menggunakan laju penurunan

permukaan tahunan untuk menghitung masukan maksimum fosfor ke

laut, yaitu sebesar 3,3 x 1011 mol P th��1. Jika aktivitas manusia (anthropogenic),

seperti perusakan hutan dan penggunaan pupuk dimasukkan, maka

jumlah fosfor yang masuk ke laut akan meningkat sebesar 3 kali lipat, yaitu

7,4 – 15,6 x 1011 mol P th��1 (Froelich et al., 1982; Howarth et al., 1995 dalam

Benitez-Nelson, 2000).

Sumberdaya geologi

Reservoir fosfor berupa lapisan batuan yang mengandung fosfor dan endapan

fosfor anorganik dan organik. Fosfat biasanya tidak atau sulit terlarut dalam

air, sehingga pada kasus ini tidak dapat dimanfaatkan oleh tanaman. Kehadiran

mikroorganisme dapat memicu percepatan degradasi fosfat (Sengbusch,

2003). Sumber fosfor organik dalah perbukitan guano.

Di dunia, cadangan fosfat berjumlah 12 milyar ton dengan cadangan dasar

sebesar 34 milyar ton (Suhala & Arifin, 1997). Cadangan fosfat yang ada di Indonesia adalah sekitar 2,5 juta ton endapan guano (0,17 – 43% P2O5) dan

diperkirakan sekitar 9,6 juta ton fosfat marin dengan kadar 20 – 40% P2O5.

5.3 Potasium

Potasium adalah salah satu dari tiga serangkai pupuk buatan yang esensial,

yang lainnya adalah fosfor dan nitrogen (Skinner, 1984) dan merupakan satu

dari 17 unsur kimia yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan reproduksi

tanaman, serta sering dianggap sebagai regulator, karena bergabung dengan

60 sistem enzim yang bekerja pada tanaman (CPHA, 2003). Potasium membantu

tanaman untuk tahan terhadap pengaruh suhu dan meningkatkan daya

tahan tanaman terhadap penyakit.

Semua tanaman membutuhkan potasium, khususnya tanaman yang kaya

karbohidrat seperti kentang. Hasil penyelidikan menunjukkan, konsumsi

potasium dalam jumlah yang tepat dapat menyebabkan pertumbuhan serat

kapas yang panjang dan kuat; meningkatkan daya tahan kulit buah, memperpanjang

dahan bunga mawar; memperkuat warna hijau dan pertumbuhan

helai rumput; dan meningkatkan ukuran dan kualitas buah, butiran, dan sayuran.

Potasium dalam tanah dan tanaman

Potasium cukup melimpah di tanah, biasanya berkisar antara 0,5 sampai 4,0%.

Dari jumlah ini, hanya sebagian kecil yang hadir dalam larutan dan siap untuk

dipergunakan oleh tanaman, umumnya kurang dari 1% dari total potasium

dalam tanah (IF, 2001). Tanah pasiran mengandung paling rendah potasium,

tanah lempung dan aluvial mempunyai kandungan potasium tertinggi. Potasium

dalam tanah sangat mudah mengalami pelepasan (leaching).

Potasium dibutuhkan paling banyak oleh tanaman, selain nitrogen. Dalam

beberapa tanaman, kebutuhannya akan potasium melampaui kebutuhan akan

nitrogen, seperti pisang dan kapas. Potasium diserap dalam bentuk ion potasium

(K+). Potasium bukan merupakan suatu komponen dari ikatan organik

pada tanaman. Unsur ini penting pada proses fisiologis, termasuk

di dalamnya fotosintesis dan pengangkutan gula, efesiensi penggunaan air,

metabolisme karbonat dan protein, aktivasi ensim, dan menjaga kualitas tanaman

(Harben & Kuflvart, 1996). Konsentrasi optimum potasium pada jaringan

tanaman adalah berkisar antara 1,5 sampai 4,5 % K pada berat kering.

Mineral-mineral potasium

Potasium adalah tujuh unsur yang paling banyak di dalam kerak bumi, dan

hanya 1-2 persen terdapat pada tanaman. Sisanya terikat pada mineralmineral

yang tidak dapat dimanfaatkan oleh tanaman.
Petani biasanya memanfaatkan

pupuk buatan potasium untuk mengoptimisasi pertumbuhan

tanaman.

Ada beberapa macam mineral yang mengandung potasium

yang dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu kelompok silikat,

seperti: ortoklas (KAlSi6O8), biotit (K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2),

dan muskovit (KAl2(AlSi3O10)(OH)2); dan kelompok garam,

seperti: arkanit (K2SO4), glaserit (3K2SO4 .N2SO4), kainit

(4KCl .4MgSO4 . 11H2O), karnalit (KCl . MgCl2 . 6H2O), langbeinit

(K2SO4 .2MgSO4), leonit (K2SO4 . 2MgSO4 .4H2O), niter (KNO3), polihalit

(K2SO4 .MgSO4 . 2CaSO4 . 2H2O), dan silvit (KCl). Dari semua mineral ini,

yang paling banyak dijumpai adalah silvit.

Silvit (KCl) merupakan mineral garam yang mempunyai struktur kristal

isometrik dengan kombinasi kubik atau oktahedron. Secara fisik mineral ini

berwarna transparan, putih atau merah; mempunyai belahan yang sempurna,

kekerasan 2, dan berat jenis 1,99. Umumnya mineral ini berbentuk kristalkristal

granular yang menunjukkan bentuk kubik.

Silvit mempunyai kesamaan proses pembentukan dan asosiasi dengan

garam halit (NaCl), tetapi lebih sedikit dijumpai. Mineral ini merupakan sumber

utama potasium, yang digunakan terutama untuk pupuk.

Sumberdaya geologi

Seperti telah dijelaskan di atas, bahwa potasium merupakan salah satu dari

tujuh unsur yang paling melimpah di kerak bumi. Kadar potasium (dalam

bentuk K2O) pada kerak benua mencapai 1,9 persen berat (Rudnick, 1995).

Namun sebagian besar dari senyawa ini terikat pada mineral-mineral silikat.

Jadi, meskipun sumberdaya geologi potasium sangat melimpah di kerak benua,

tidak semuanya dapat dimanfaatkan untuk tanaman.

Aspek lingkungan

Unsur potasium terdiri atas tiga isotop: 30 (93,10 %), 40 (0,0119 %), dan 41 (6,88

%). Isotop potasium 40 (40K) merupakan isotop radioaktif, yang mudah mengalami

peluruhan menjadi 40Ca melalui emisi _ (40K!40Ca) dan 40Ar melalui

penangkapan elektron (40K!40Ar) (Vidal, 1994). Peluruhan ini menyebabkan

kenaikan jumlah argon pada atmosfer yang tetap (Krauskopf & Bird, 1995).

5.4 Karbon

Karbon merupakan unsur primer dari semua kehidupan organik yang terbentuk

di bumi. Karbon juga tersebar pada material geologi, laut dan atmosfer.

Pembentukan karbon dioksida yang sangat cepat di atmosfer . yang

meningkat lebih dari 3 milyar ton per tahun (Rice, 2002). Karbon dioksida

merupakan suatu gas yang menyerap panas, sehingga menyebabkan efek

rumah kaca (greenhouse effect).

Perkembangan keilmuan, terutama ilmu tanah, menempatkan karbon sebagai

sesuatu yang atraktif, misalnya mengikat karbon. Kita dapat mengelola

pertumbuhan tanaman untuk meningkatkan kapasitasnya menangkap karbon

dioksida. Pertumbuhan tanaman dapat diatur sehingga tanah dapat menyimpan

karbon dalam jangka waktu yang panjang.

Kebutuhan tanaman dan tanah akan karbon

Penyerapan karbon pada tanah terjadi melalui produksi tanaman. Tanaman

mengubah karbon dioksida menjadi jaringan melalui fotosintesa. Setelah tanaman

mati, komponennya mengalami dekomposisi oleh mikroorganisme, dan

sebagian karbon pada komponen tanaman akan dilepaskan melalui respirasi

(pernapasan) ke dalam atmosfer sebagai karbon dioksida.

Iklim berpengaruh terhadap penyerapan karbon pada tanah dalam dua

cara. Pertama adalah produksi material organik memasuki tanah. Iklim

yang panas dan basah umumnya mempunyai produktivitas tanaman yang

tinggi. Iklim yang lebih dingin membatasi produksi tanaman. Iklim yang

panas barangkali membatasi produksi, karena ketersediaan air yang terbatas,

menyebabkan air sebagai faktor pembatas. Iklim juga mempengaruhi kecepatan

dekomposisi mikrobial dari materi tanaman dan material organik

tanah.

Kehadiran material lempung pada tanah akan menstabilkan karbon organik

melalui dua proses. Pertama, karbon organik secara kimia terikat pada

permukaan lempung. Lempung yang mempunyai kapasitas adsorpsi tinggi,

seperti montmorilonit dapat menyimpan molekul organik.
Kedua, tanah

yang mempunyai kandungan lempung tinggi berpotensi tinggi untuk membentuk

agregat, yang menangkap karbon organik dan secara fisik dapat melindunginya

dari degradasi mikrobial.

Siklus karbon

Terminologi .siklus karbon. mempunyai makna bermacam-macam bagi

banyak orang. Bagi pemerhati tentang perkembangan CO2 di atmosfer, karena

pembakaran/penembangan hutan dan pembakaran bahan bakar fosil. Pada

kasus ini, siklus karbon memuat sumber dan masukan yang memperukarkan

karbon pada atmosfer selama rentang waktu manusia. Ini termasuk biosfer,

laut, dan tanah (Berner, 1999).

GAMBAR 5.4: Aspek permukaan siklus karbon jangka panjang (Berner, 1999).
Proses yang berpengaruh terhadap CO2 dapat dibagi menjadi dua sub siklus

(Berner, 1999). Pertama, subsiklus silikat.karbonat, yang termasuk di dalamnya

pengambilan CO2 atmosfer (diproses sebagian besar oleh fotosintesa dan

respirasi untuk membentuk CO2 tanah dan asam organik) selama pelapukan

mineral silikat kaya Ca dan Mg. Selanjutnya, pelapukan anortit (feldspar Ca)

dipercepat oleh kehadiran karbon dioksida, yang laju pelarutannya tergantung

kepada pH dan PCO2 (Berg & Banwart, 2000; Gaillardet, dkk., 1999). Suatu

reaksi umum yang representative untuk Ca adalah:

2CO2 + H2O + CaSiO3 ! Ca2+ + 2HCO3- + SiO2 (5.1)

Ca2+ dan HCO3- terlarut dibawa oleh sungai menuju samudera, dimana keduanya

terpresipitasi sebagai CaCO3 dalam sedimen, melalui reaksi berikut

ini:

Ca2+ + 2HCO3 ! CaCO3 + CO2 + H2O (5.2)

(Mg dibebaskan dari laut dengan terbentuknya dolomit (CaMg(CO2)2)

atau oleh pertukaran Ca dengan basalt, Ca akan terpresipitasi sebagai kalsit

(CaCO3).

Kedua reaksi di atas dapat disederhanakan menjadi (Ebelmen, 1845;

Urey, 1952 dalam Berner, 1999):

CO2 + CaSiO3 ! CaCO3 + SiO2 (5.3)

Dengan cara ini, CO2 dibebaskan dari atmosfer dan membentuk batugamping.

Pelapukan karbonat Ca dan Mg, tidak menghasilkan CO2 dalam jumlah

yang sama ketika terbentuknya batuan, hal ini dapat dilihat pembalikan persamaan

reaksi 5.2. Untuk menggantikan CO2 yang hilang pada rekaman batuan,

pelepasan gas terjadi sebagai suatu hasil dari penghancuran termal dari

karbonat karena volkanisme, metamorfisme, atau diagenesis dalam.

Proses

ini melengkapi subsiklus silikat-karbonat dan dapat direpresentasikan secara

sederhana sebagai berikut:

CaCO3 + SiO2 ! CO2 + CaSiO3 (5.4)

yang merupakan pembalikan reaksi 5.3.

Subsiklus karbon yang lain adalah untuk material organik. Subsiklus ini

berpengaruh baik pada CO2 maupun O2. Tertimbunnya material organik

dalam sedimen mewakili kelebihan fotosintesis daripada pernapasan dan dapat

dinyatakan dengan reaksi yang biasanya diterapkan pada fotosintesa:

CO2 + H2O ! CH2O + O2 (5.5)

Reaksi ini menjelaskan bagaimana material organik tertimbun bisa menghasilkan

O2 atmosfer. Untuk melengkap subsiklus organik, O2 dikonsumsi

dan CO2 dihasilkan dari oksidasi material organik pada sedimen tua yang

tersingkap di permukaan:

CH2O + O2 ! CO2 + H2O (5.6)

Sumberdaya geologi CO2

Estimasi karbon yang tersimpan pada tanah dunia adalah sekitar 1.100 sampai

1.600 petagram (satu petagram sama dengan satu milyar ton), lebih dari dua

kali karbon pada tumbuhan (560 petagram) atau di atmosfer (750 petagram).

Sehingga, meskipun perubahan karbon tiap satuan luas pada tanah sangat kecil,

ini akan memberikan dampak pada kesetimbangan karbon secara global.

5.5 Kalsium

Tanaman juga membutuhkan kalsium untuk membuat protein (Anonim,

2004b). Kalsium merupakan bagian esensial dari struktur dinding sel tanaman,

menyediakan pengangkutan dan retensi unsur-unsur yang lain di dalam

tanaman. Kalsium juga diketahui sebagai unsur yang dapat melawan garam

alkali dan asam organik di dalam suatu tanaman.

Kalsium dalam tanah

Kalsium yang dapat diekstraksi dari tanah dapat berkisar antara 200 ppm

(pasir) sampai 1,6% (kotoran). Kemampuan pertukaran kalsium dalam tanah

sangat tergantung kepada kandungan lempung pada tanah. Semakin tinggi

kapasitas pertukaran kation (CEC, Cation Exchange Capacity), semakin tinggi

kandungan lempung dan semakin tinggi kadar kalsiumnya. Kalsium pada

larutan tanah berkisar antara 30 sampai 300 ppm. Kesetimbangan kalsium pada

tanah pasiran bisa menjadi kritis khususnya jika laju pemakaian potasium

tinggi (Cowan, 2004).

Persentase kejenuhan kation pada tanah dengan pH <7,0 100×936 =" lbs" 100×240 =" lbs" 100×400 =" lbs"

GAMBAR 5.5: Magnesit berstruktur trigonal
5.7 Belerang

Belerang adalah bahan galian non-logam yang banyak digunakan di berbagai

sektor industri, baik dalam bentuk unsur maupun dalam bentuk senyawa.

Meskipun belerang hanya sebagai bahan baku penolong, perannya sangat

penting dalam menghasilkan berbagai produk industri, seperti: industri gula,

kimia, pupuk, ban, karet, dan korek api (Suhala & Arifin, 1997). Lebih kurang 40% dari produksi belerang dunia, dipakai untuk pembuatan superfosfat dan

amonium sulfat, yang kedua-duanya merupakan pupuk yang penting.

Semua jenis pemakaian belerang mencapai 60,7 juta ton pada periode 2002

(naik dari 58,8 juta ton pada periode 2001). Keberhasilan pemasaran belerang

sangat tergantung kepada industri pupuk fosfat. Penggunaan belerang pada

sektor industri pupuk (2/3 dari total kebutuhan fosfat) sangat bergantung

kepada kebutuhan akan fosfat (Bain, 1997; 2003; Harben & Kuflvart, 1996).

Belerang pada tanaman dan dalam tanah

Belerang digunakan oleh tanaman untuk mengelola warna hijau tua pada

tanaman atau untuk membentuk protein utama (esensial). Secara ringkas,

fungsi belerang pada tanaman adalah sebagai berikut (Anonim, 2004c):

_ Bahan makanan utama untuk memproduksi protein

_ Membentuk enzim dan vitamin

_ Membantu pembentukan khlorofil

_ Memperbaiki pertumbuhan akar dan produksi bibit

_ Membantu pertumbuhan cepat tanaman dan tahan terhadap dingin

Belerang barangkali disuplai ke dalam tanah dari air hujan. Ini juga ditambahkan

dari beberapa pupuk buatan sebagai pengotor, terutama pada pupuk

level rendah. Penggunaan gipsum (CaSO4 .2H2O) juga dapat meningkatkan

kadar belerang dalam tanah.

Mineralogi belerang

Belerang secara mineralogi dapat sebagai belerang murni (native sulfur),

ataupun terikat dalam suatu senyawa, seperti mineral-mineral golongan sulfat

(gipsum, anhidrit, dan barit) dan sulfida (pirit, pirotit, dan kalkopirit).

Belerang murni (Gambar 5.6) mempunyai sistem kristal ortorombik, biasanya

dijumpai dalam bentuk massa tak teratur dan kristal tak sempurna.

Secara fisik, belerang murni memiliki berat jenis 2,05 . 2,09 gr/cm3 dan kekerasan

1,5 . 2,5 skala Mohs. Belerang merupakan konduktor panas yang jelek

(Klein, 1993; 2004). Belerang jenis ini banyak dijumpai di sekitar aktivitas gunungapi

dan biasanya terbentuk oleh kegiatan solfatara yang melewati zona

patahan atau rekahan (Suhala & Arifin, 1997) dan air permukaan (bioreduksi

ion sulfat) (Hibbard, 1993).

GAMBAR 5.6: Belerang murni dalam bentuk kristal ortorombik

Sekitar 50% produksi belerang dunia merupakan belerang murni, sisanya

berasal dari pemisahan belerang dari bijih sulfida. Belerang digunakan sebagian

besar untuk industri kimia, seperti asam sulfat (H2SO4), dan H2S. Sebagian

besar belerang murni digunakan untuk insektisida, pupuk buatan, dan

vulkanisir ban/karet (Klein, 1993; Hibbard, 2002).

Selain belerang murni, pirit (FeS2) dari kelompok sulfida, merupakan mineral

yang kaya akan belerang. Mineral ini mengandung 53,3 % belerang. Secara

fisik mineral ini mempunyai sistem kristal kubik, berwarna kuning, kilap

logam. Mineral yang mengandung belerang yang lain adalah dari kelompok

sulfat, seperti anhidrit (CaSO4) dan gipsum (CaSO4 . 2H2O, Gambar 5.7). Kedua

mineral ini terbentuk pada lingkungan arid.

GAMBAR 5.7: Kristal gipsum dengan struktur kristal monoklin

Sumberdaya geologi

Hanya terdapat 2 sumber belerang murni yang penting. Yang pertama, terutama

dieksploitasi di Jepang, yang berasal dari gunung-gunung berapi, yang

mengeluarkan gas yang mengandung belerang dan yang mengkristal dalam

jalur-jalur dekat permukaan. Sumber yang lain, yang secara kuantitatif lebih

besar, berasal dari konsentrasi sekunder CaSO4.

Sumberdaya belerang pada endapan evaporit dan volkanik dan belerang

yang berasosiasi dengan gas alam, minyak bumi, dan sulfida logam sekitar 5

milyar ton. Belerang pada gipsum dan anhidrit sangat terbatas. Sumberdaya

belerang terbesar (600 milyar ton) terdapat pada batubara, serpih minyak, material

organik yang kaya serpih. Namun belum ada teknologi yang ekonomis

untuk memisahkan belerang dari material ini (Ober, 2003).

Batuan sebagai bahan induk tanah
Batuan sebagai bahan induk tanah

Batuan adalah material alam yang tersusun atas kumpulan (agregat) mineral

baik yang terkonsolidasi maupun yang tidak terkonsolidasi yang merupakan

penyusun utama kerak bumi serta terbentuk sebagai hasil proses alam. Batuan

bisa mengandung satu atau beberapa mineral. Sebagai contoh ada yang

disebut sebagai monomineral rocks (batuan yang hanya mengandung satu jenis

mineral), misalnya marmer, yang hanya mengandung kalsit dalam bentuk

granular, kuarsit, yang hanya mengandung mineral kuarsa. Di samping

itu di alam ini paling banyak dijumpai batuan yang disebut polymineral rocks

(batuan yang mengandung lebih dari satu jenis mineral), seperti granit atau

monzonit kuarsa yang mengandung mineral kuarsa, feldspar, dan biotit.

Atas dasar cara terbentuknya, batuan dapat dibedakan menjadi 3 kelompok,

yaitu:

1. batuan beku : sebagai hasil proses pembekuan atau kristalisasi magma

2. batuan sedimen : sebagai hasil proses sedimentasi

3. batuan metamorf : sebagai hasil proses metamorfisme

(a)

(b)

GAMBAR 7.1: Contoh batuan kristalin. (a) marmer yang monomineral, dan (b) monzonit

kuarsa yang polimineral

Untuk membedakan ketiga jenis batuan di atas tidak lah sulit. Secara sederhana

dapat dilakukan algoritma pengamatan sebagai berikut:

_ Bedakan apakah batuan itu terdiri atas klastika/detritus atau kristal?

_ Jika batuan terdiri atas klastika/detritus, dapat dipastikan sebagai batuan

sedimen. Arahkan pikiran anda ke deskripsi batuan sedimen klastik.

_ Jika batuan terdiri atas kristal, amati apakah terdiri atas satu macam mineral

(mono-mineralic) atau bermacam-macam kristal (poly-mineralic).

_ Jika batuan merupakan batuan kristalin yang monomineralik, amati

lebih detail bagaimana kontak antar kristal. Apakah merupakan kontak

belahan atau kontak suture. Jika batuan yang monomineralik ini mempunyai

kontak belahan maka dapat dipastikan sebagai batuan sedimen

non-klastik. Kontak suture disebabkan oleh tekanan dan reaksi antar

kristal ketika terkena proses metamorfisme.

_ Jika batuan merupakan batuan kristalin yang polimineralik, amati

apakah kontaknya interlocking (saling mengunci) ataukah suture.

_ Batugamping yang tersusun oleh material karbonat dimasukkan ke

dalam kelompok batuan sedimen.

Setelah diketahui dengan pasti jenis batuan yang diamati, sesuaikan kerangka

deskripsi berdasarkan jenis batuannya. Kesalahan dalam deskripsi dapat

menyebabkan perlakuan lebih lanjut terhadap batuan yang diamati menjadi

tidak tepat.

7.1 Macam-macam bebatuan

7.1.1 Batuan beku

A. Proses pembentukan

Batuan beku adalah batuan yang terbentuk langsung dari pembekuan atau

kristalisasi magma. Proses ini merupakan proses perubahan fase dari fase

cair (lelehan, melt) menjadi fase padat, yang akan menghasilkan kristalkristal

mineral primer atau gelas. Proses pembekuan magma (temperatur dan

tekanan) akan sangat berpengaruh terhadap tekstur dan struktur primer batuan,

sedangkan komposisi batuan sangat dipengaruhi oleh sifat magma asal.

Karakteristik tekstur dan struktur pada batuan beku sangat dipengaruhi

oleh waktu dan energi kristalisasi. Apabila terdapat cukup energi dan waktu

pembentukan kristal maka akan terbentuk kristal berukuran besar, sedangkan

bila energi pembentukan rendah akan terbentuk kristal yang berukuran halus.

Bila pendinginan berlangsung sangat cepat, maka kristal tidak sempat terbentuk

dan cairan magma akan membeku menjadi gelas. Proses ini sangat identik

dengan pembuatan gula pasir, di mana untuk membuat gula yang berukuran kasar

diperlukan waktu pendinginan relatif lebih lama dibandingkan gula yang berukuran

halus.

Berdasarkan kecepatan pendinginan ini, maka batuan beku dapat dibagi

menjadi 3 macam, yaitu batuan beku plutonik, hipabisal dan batuan beku

volkanik yang berturut-turut mempunyai ukuran kristal dari yang paling

kasar ke halus.

GAMBAR 7.2: Seri reaksi Bowen

Urutan mineral yang terbentuk dari kristalisasi magma seiring dengan

penurunan suhu dapat dilihat pada Bowen's reaction series (lihat gambar 1).

Pada seri reaksi Bowen terdapat 2 kelompok, yaitu:

1. seri terputus (discontinuous series), dimana mineral yang terbentuk mempunyai

struktur kristal dan komposisi yang berbeda-beda

2. seri berkesinambungan (continuous series), dimana mineral yang terbentuk

mempunyai struktur kristal yang sama, namun komposisi kimia

penyusunnya yang berbeda.

Akhirnya pada cairan magma akan tersisa silika, potasium dan sodium yang

akan kemudian akan membentuk mineral-mineral K-feldspar, muskovit dan

kuarsa.

Batuan beku berdasarkan atas genesa dapat dibedakan menjadi batuan beku

intrusif, yang terbentuk di bawah permukaan bumi, dan batuan beku ekstrusif,

yang membeku di atas permukaan bumi. Batuan beku ekstrusif masih

dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu batuan aliran (efusif) dan ledakan (eksplosif).

B. Karakteristik

B.1. Sifat fisik

Pengamatan fisik yang perlu diamati adalah warnanya saja. Warna dapat

mencerminkan proporsi kehadiran mineral terang (felsik) terhadap mineral

berwarna gelap (mafik). Dari pengamatan warna ini, dapat memberikan penafsiran

kepada tipe batuan asam, menengah, basa dan ultrabasa. Batuan

beku asam memiliki warna relatif lebih terang dibandingkan dengan batuan

beku menengah atau basa.

B.2. Tekstur

Pengamatan tekstur meliputi, tingkat kristalisasi, keseragaman kristal dan

ukuran kristal yang masing-masing dapat dibedakan menjadi beberapa

macam.

1. Tingkat kristalisasi

_ Holokristalin, seluruhnya terdiri atas kristalin

_ Holohyalin, seluruhnya terdiri atas gelas

_ Hypohyalin, sebagian kristal dan sebagian gelas.

2. Keseragaman kristal

_ Equigranular, mempunyai ukuran kristal yang relatif seragam. Sering

dipisahkan menjadi idiomorfik granular (kristal berbentuk euhedral),

hypidiomorfik granular (kristal berbentuk subhedral) dan allotriomorfik

granular (kristal berbentuk anhedral).

_ Inequigranular (porfiritik), mempunyai ukuran kristal yang tidak seragam.

Kristal yang relatif lebih besar disebut sebagai fenokris (kristal

sulung), yang terbentuk lebih awal. Sedangkan kristal yang lebih halus

disebut sebagai massa dasar.

_ Afanitik, jika batuan kristalin mempunyai ukuran kristal yang sangat

halus dan jenis mineralnya tidak dapat dibedakan dengan kaca pembesar.

3. Ukuran kristal

_ 5mm !kasar

B.3. Komposisi

Mineral pada batuan beku dapat dikelompokkan menjadi mineral utama dan

mineral asesori. Mineral utama merupakan mineral yang dipakai untuk

menentukan nama batuan berdasarkan komposisi mineralogi, karena kehadirannya

pada batuan melimpah. Contoh: ortoklas, plagioklas, kuarsa, piroksen

dan olivin.

Mineral asesori adalah mineral yang keberadaannya pada batuan tidak melimpah,

namun sangat penting dalam penamaan batuan, misalnya biotit atau

hornblende pada granit biotit atau granit hornblende.

Mineral yang sangat halus, misalnya pada batuan yang bertekstur afanitik,

cukup disebutkan kelompok mineralnya saja, misalnya mineral felsik, intermediat

atau mineral mafik. Contoh: Riolit tersusun oleh mineral felsik.

B.4. Struktur

Struktur pada batuan beku adalah kenampakan hubungan antara bagianbagian

batuan yang berbeda. Struktur ini sangat penting di dalam menduga

karakteristik keteknikan, misalnya pada batuan beku yang berstruktur kekar

tiang (columnar joint) akan mempunyai karakteristik keteknikan yang berbeda

dengan batuan beku yang berstruktur kekar lembaran (sheeting joint). Kedua

struktur ini hanya dapat diamati di lapangan.

Macam-macam struktur yang sering dijumpai pada batuan beku adalah:

_ Masif : bila batuan pejal tanpa retakan aau lubang gas

_ Teretakkan : bila batuan mempunyai retakan (kekar tiang atau kekar

lembaran)

_ Vesikuler : bila terdapat lubang gas. Skoriaan, jika lubang gas tidak saling

berhubungan; Pumisan, jika lubang gas saling berhubungan; Aliran,

bila ada kenampakan aliran pada orientasi lubang gas.

_ Amigdaloidal : bila lubang gas terisi oleh mineral sekunder.

7.1.2 Batuan sedimen

A. Proses pembentukan

Batuan sedimen adalah batuan yang terbentuk karena proses sedimentasi,

yang meliputi pelapukan, erosi, transportasi dan deposisi (pengendapan).

Proses pelapukan yang terjadi dapat berupa pelapukan fisik maupun pelapukan

kimia. Proses erosi dan transportasi terutama dilakukan oleh media air

dan angin. Proses pengendapan terjadi jika energi transport sudah tidak mampu

mengangkut detritus tersebut. Material yang lepas ini akan diubah menjadi

batuan dengan proses diagenesis dan litifikasi, yang termasuk di dalamnya

kompaksi dan sementasi.

Secara umum batuan sedimen dapat dibedakan menjadi dua golongan besar

berdasarkan cara pengendapannya, yaitu batuan sedimen klastik dan nonklastik.

_ Batuan sedimen klastik tersusun atas butiran-butiran (klastika) yang terbentuk

karena proses pelapukan secara mekanis dan banyak dijumpai

mineral-mineral alogenik. Mineral-mineral alogenik adalah mineral

yang tidak terbentuk pada lingkungan sedimentasi atau pada saat sedimentasi

terjadi. Mineral ini berasal dari batuan asal yang telah mengalami

transportasi dan kemudian terendapkan pada lingkungan sedimentasi.

Pada umumnya berupa mineral yang mempunyai resistensi tinggi,

seperti kuarsa, plagioklas, hornblende, garnet dan biotit.

_ Batuan sedimen non-klastik, terbentuk karena proses pengendapan secara

kimiawi dari larutan maupun hasil aktivitas organik dan umumnya

tersusun oleh mineral-mineral autigenik. Mineral-mineral autigenik

adalah mineral yang terbentuk pada lingkungan sedimentasi, seperti

gipsum, anhidrit, kalsit dan halit.

B. Karakteristik

B.1. Sifat fisik

Pengamatan fisik meliputi pengamatan warna dan derajat kompaksi. Warna

batuan sedimen dapat mencerminkan komposisi dominan atau jenis semen

penyusunnya, misalnya batuan sedimen yang berukuran pasir berwarna kuning

atau kemerahan dapat diduga bahwa batuan tersebut disemen oleh material

yang tersusun oleh oksida besi.

B.2. Tekstur

Tekstur batuan sedimen adalah segala kenampakan yang berhubungan dengan

butiran penyusunnya, seperti ukuran butir, bentuk butir, hubungan antar

butir (kemas). Secara umum tekstur batuan sedimen dapat dibedakan menjadi

2 macam, yaitu klastik dan non-klastik.

Pada tekstur klastik, yang diamati meliputi:

_ Ukuran butir yang dapat dipisahkan berdasarkan skala Wentworth,

seperti bongkah (> 256 mm), berangkal (64 . 256 mm), kerakal (4 . 64

mm), kerikil (2 . 4 mm), pasir (0,063 . 2 mm), lanau (0,004 . 0,063 mm)

dan lempung ( 2 mm, masih dapat dideskripsi lebih

detail mengenai fragmen (butiran yang lebih besar dari ukuran pasir), matrik

(butiran yang berukuran lebih kecil dari fragmen dan diendapkan bersamasama

fragmen), dan semen (material halus yang menjadi pengikat antara matrik

dan fragmen. Semen dapat berupa silika, karbonat, sulfat, atau oksida

besi.

Pada batuan yang bertekstur non-klastik umumnya memperlihatkan kenampakan

mozaik dari kristal penyusunnya. Kristal penyusun biasanya terdiri

dari satu macam mineral (monomineralik), seperti gipsum, kalsit, dan anhidrit.

Macam-macam tekstur non-klastik adalah:

_ Amorf : berukuran lempung/koloid

_ Oolitik : kristal berbentuk bulat yang berkumpul, ukurannya 0,25 . 2

mm

_ Pisolitik : sama seperti oolitik, ukuran butir kristalnya > 2 mm

B.3. Struktur

Struktur pada batuan sedimen sangat penting baik untuk geologi maupun geologi

teknik. Pada analisis geologi struktur ini dapat digunakan untuk menganalisis

kondisi tektonik dari daerah dimana batuan sedimen tersebut dijumpai.

Di samping itu pada bidang batas struktur sedimen secara keteknikan

merupakan bidang lemah. Macam struktur sedimen yang dapat dijumpai,

misalnya:

_ Perlapisan atau laminasi sejajar, bentuk lapisan yang pada awalnya terbentuk

secara horizontal. Posisi lapisan ini dapat berubah jika terkena

proses tektonik, misalnya perlapisan miring atau terkena patahan.

_ Perlapisan silang-siur, perlapisan batuan saling potong-memotong pada

skala kecil, biasanya melengkung.

_ Perlapisan bergradasi (graded bedding), yang dicirikan oleh perubahan

ukuran butiran pada satu bidang perlapisan. Masif, apabila tidak dijumpai

lapisan atau laminasi.

B.4. Komposisi

Pengamatan komposisi pada batuan sedimen lebih kompleks daripada pada

batuan beku, karena batuan sedimen dapat tersusun oleh fragmen batuan

maupun mineral. Namun pada pengamatan komposisi yang ditekankan

cukup pada pengamatan komposisi fragmen dan semen. Fragmen dapat berupa

butiran mineral yang berukuran lebih dari 2 mm maupun batuan lain

(beku, sedimen, dan metamorf).

Semen biasanya tersusun oleh mineral-mineral berukuran halus, seperti

lempung, gipsum, karbonat, oksida besi dan/atau silika. Jenis semen ini akan

berpengaruh terhadap karakteristik keteknikan dari batuan sedimen. Batuan

yang tersemen silika akan mempunyai karakteristik keteknikan yang lebih

baik daripada batuan yang tersemen karbonat. Jenis semen ini bisa diperkirakan

dengan menggunakan alat bantu, misalnya HCl untuk menentukan

hadirnya material karbonat. Semen gipsum biasanya mempunyai warna hampir

sama dengan karbonat, hanya tidak bereaksi dengan HCl. Semen oksida

besi biasanya berwarna kuning atau merah. Sedangkan semen silika biasanya

sangan keras.

7.1.3 Batuan metamorf

A. Proses pembentukan

Batuan metamorf adalah batuan yang terbentuk oleh proses metamorfosa pada

batuan yang telah ada sebelumnya sehingga mengalami perubahan komposisi

mineral, struktur, dan tekstur tanpa mengubah komposisi kimia dan

tanpa melalui fase cair. Proses ini merupakan proses isokimia (tidak terjadi

penambahan unsur-unsur kimia pada batuan), yang disebabkan oleh perubahan

suhu, tekanan dan fluida, atau variasi dari ketiga faktor tersebut.

Secara umum terdapat tiga macam tipe metamorfosa, yaitu:

_ Metamorfosa termal, yang disebabkan oleh adanya kenaikan suhu akibat

terobosan magma atau lava. Proses yang terjadi adalah rekristalisasi

dan reaksi antara mineral dan larutan magmatik serta penggantian dan

penambahan mineral.

_ Metamorfosa regional, terjadi pada daerah yang luas akibat pembentukan

pegunungan. Perubahan terutama disebabkan dominan oleh

tekanan.

_ Metamorfosa dinamik, yang terjadi pada daerah yang mengalami dislokasi

atau deformasi intensif akibat patahan. Proses yang terjadi adalah

perubahan mekanis pada batuan, tidak terjadi rekristalisasi kecuali pada

tingkat _lonitik.

Mineral yang umum dijumpai pada batuan metamorf adalah kuarsa, garnet,

kalsit, feldspar, mika, dan amfibol.

B. Karakteristik

B.1. Sifat fisik

Pengamatan fisik pada batuan metamorf meliputi pengamatan warna batuan.

Warna batuan dapat mencerminkan ukuran butiran. Warna yang gelap cenderung

mempunyai ukuran butiran yang halus yang tersusun oleh mineralmineral

mika yang berukuran halus. Warna yang terang biasanya tersusun

oleh kuarsa atau karbonat.

B.2. Tekstur

Pengamatan tekstur pada batuan metamorf relatif hampir sama dengan pada

batuan beku, karena sama-sama terdiri atas kristal. Macam-macam pengamatan

tekstur pada batuan metamorf adalah sebagai berikut:

_ Tektstur berdasarkan bentuk individu kristal: idioblast (jika mineral

penyusunnya dominan berbentuk euhedra), hypidioblast (jika mineral

penyusunnya berbentuk anhedra).

_ Berdasarkan bentuk mineral, tekstur batuan metamorf dapat dibagi

menjadi: lepidoblastik (terdiri dari mineral berbentuk tabular seperti mika),

nematoblastik (terdiri dari mineral berbentuk prismatik, seperti hornblende/

amfibol), granoblastik (terdiri dari mineral yang berbentuk granular,

anhedra, dengan batas-batas suture), dan porfiroblastik (terdiri dari

mineral-mineral yang berukuran tidak seragam, beberapa mineral ditemukan

berukuran lebih besar daripada yang lain).

B.3. Struktur

Struktur pada batuan metamorf lebih penting daripada tekstur, karena merupakan

dasar dari penamaan batuan metamorf. Struktur ini dapat dibagi mennjadi

dua, yaitu struktur foliasi dan struktur non-foliasi.

_ Struktur foliasi adalah struktur paralel yang disebabkan oleh adanya

penjajaran mineral-mineral penyusunnya. Umumnya tersusun oleh

mineral-mineral pipih dan/atau prismatik, seperti mika, horblende atau

piroksen. Struktur foliasi dapat dibedakan menjadi slaty cleavage

(adanya bidang-bidang belah yang sangat rapat, teratur dan sejajar; batuannya

disebut slate/batusabak), phyllitic (hampir sama dengan slaty

cleavage, tetapi tingkatannya lebih tinggi daripada batu sabak, sudah

terlihat adanya pemisahan mineral pipih dan dan mineral granular; batuannya

disebut filit), schistosic (adanya penjajaran mineral-mineral pipih

yang menerus dan tidak terputus oleh mineral granular; batuannya

disebut sekis), dan gneissic (adanya penjajaran mineral-mineral granular

yang berselingan dengan mineral-mineral prismatik, mineral pipih

memiliki orientasi tidak menerus; batuannya disebut gneis).

_ Struktur non-foliasi dicirikan oleh tidak adanya penjajaran mineral pipih

atau prismatik. Struktur ini terdiri atas hornfelsic (dibentuk oleh metamorfosa

termal, dimana butiran mineralnya berukuran relatif seragam;

batuannya disebut hornfels [tersusun oleh polimineralik], kuarsit [tersusun

dominan oleh kuarsa], dan marmer [tersusun oleh kalsit]), cataclastic

(terbentuk karena metamorfosa kataklastik, misalnya akibat patahan;

nama batuannya adalah kataklasit), mylonitic (mirip dengan kataklastik,

tetapi mineral penyusunnya berukuran halus dan dapat dibelah

seperti skis; nama batuannya disebut milonit), dan pyllonitic (struktur

ini mirip dengan milonitik, tetapi sudah mengalami rekristalisasi sehingga

menunjukkan kilap sutera; nama batuannya disebut gllonit).

B.4. Komposisi

Komposisi mineral pada batuan metamorf hampir sama dengan pada batuan

beku atau sedimen non-klastik. Perbedaannya jenis mineralnya lebih kompleks

karena merupakan hasil rekristalisasi dari mineral-mineral pada batuan

asalnya. Komposisi mineral pada batuan metamorf berfoliasi biasanya polimineralik,

sedangkan pada non-foliasi biasanya monomineralik, kecuali hornBAB

fels.

7.2 Pelapukan dan alterasi pada batuan

Proses pelapukan dan alterasi menyebabkan terubahnya batuan asal menjadi

material lain yang sifat fisiknya menjadi lebih lemah. Proses ini dapat mempermudah

atau mempercepat terurainya ikatan kimia mineral pada batuan.

Proses pelapukan dapat dibagi menjadi dua, yaitu:

_ Pelapukan mekanik yang mengakibatkan pengurangan ukuran butir.

_ Pelapukan kimia, yang menyebabkan mineral pada batuan mengalami

dekomposisi.

Proses alterasi sedikit berbeda dengan pelapukan. Pada alterasi, proses kimia

lebih berperan dibandingkan proses fisika dan di sini terjadi peningkatan suhu

yang signifikan untuk mempercepat proses alterasi. Namun demikian, baik

proses pelapukan maupun proses alterasi keduanya akan mempercepat proses

pembentukan tanah.

Mineralogi
Mineralogi

Bab akan menjelaskan gambaran umum mengenai mineralogi,

kimia mineral, sifat-sifat fisik mineral, dan sistematika mineral.

Mineral adalah zat atau benda yang biasanya padat dan homogen dan hasil

bentukan alam yang memiliki sifat-sifat fisik dan kimia tertentu serta umumnya

berbentuk kristalin. Meskipun demikian ada beberapa bahan yang terjadi

karena penguraian atau perubahan sisa-sisa tumbuhan dan hewan secara

alamiah juga digolongkan ke dalam mineral, seperti batubara, minyak bumi,

tanah diatome.

3.1 Kimia mineral

Kimia mineral merupakan suatu ilmu yang dimunculkan pada awal abad ke-

19,setelah dikemukakannya “hukum komposisi tetap” oleh Proust pada tahun

1799, teori atom Dalton pada tahun 1805, dan pengembangan metode analisis

kimia kuantitatif yang akurat. Karena ilmu kimia mineral didasarkan pada

pengetahuan tentang komposisi mineral, kemungkinan dan keterbatasan

analisis kimia mineral harus diketaui dengan baik. Analisis kimia kuantitatif

bertujuan untuk mengidentifikasi unsur-unsur yang menyusun suatu

substansi dan menentukan jumlah relatif masing-masing unsur tersebut.

Analisis harus lengkap .seluruh unsur-unsur yang ada pada mineral harus

ditentukan. dan harus tepat.

Komposisi kimia sebagian besar mineral yang diketahui, menunjukkan suatu

kisaran tertentu mengenai penyusun dasarnya. Dalam analisis kimia, jumlah

kandungan unsur dalam suatu senyawa dinyatakan dengan persen berat

dan dalam analisis yang lengkap jumlah total persentase penyusunnya harus

100. Namun dalam prakteknya, akibat keterbatasan ketepatan, jumlah 100

merupakan suatu kebetulan; umumnya kisaran 99,5 sampai 100,5 sudah dianggap

sebagai analisis yang baik.

Prinsip-prinsip kimia yang berhubungan dengan kimia mineral

1. Hukum komposisi tetap

(The Law of Constant Composition) oleh Proust (1799):

“Perbandingan massa unsur-unsur dalam tiap senyawa adalah tetap”

2. Teori atom Dalton (1805)

1. Setiap unsur tersusun oleh partikel yang sangat kecil dan berbentuk

seperti bola yang disebut atom.

a) Atom dari unsur yang sama bersifat sama sedangkan dari unsur

yang berbeda bersifat berbeda pula.

b) Atom dapat berikatan secara kimiawi menjadi molekul.

Teknik analisis mineral secara kimia

Analisis kimia mineral (dan batuan) diperoleh dari beberapa macam teknik

analisis. Sebelum tahun 1947 analisis kuantitatif mineral diperoleh dengan

teknik analisis “basah”, yang mana mineral dilarutkan dalam larutan tertentu.

Penentuan unsur-unsur dalam larutan biasanya dipakai satu atau lebih teknikteknik

berikut: (1) ukur warna (colorimetry), (2) analisis volumetri (titrimetri)

dan (3) analisis gravimetri.

Sejak tahun 1960 sebagian besar analisis telah dilakukan dengan teknik instrumental

seperti spektroskop serapan atom, analisis flouresen sinar X, analisis

electron microprobe, dan spektroskop emisi optis. Masing-masing teknik

ini memiliki preparasi sampel yang khusus dan memiliki keterbatasan deteksi

dan kisaran kesalahan sedang – baik. Hasil analisis biasanya ditampilkan

dalam bentuk tabel persen berat dari unsur-unsur atau oksida dalam mineral

yang dianalisis. Teknik analisis basah memberikan determinasi secara kuantitatif

variasi kondisi oksidasi suatu kation (seperti Fe2+ dengan Fe3+) dan juga

untuk determinasi kandungan H2O dari mineral-mineral hidrous. Metode

instrumen umumnya tidak dapat memberikan informasi seperti kondisi oksidasi

atau kehadiran H2O.

Dalam analisis kimia mineral dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu

analisis kimia kualitatif dan analisis kimia kuantitatif. Analisis kualitatif

menyangkut deteksi dan identifikasi seluruh komposisi dari suatu senyawa.

Analisis kuantitatif meliputi penentuan persen berat (atau parts per million

[ppm]) unsur-unsur dalam suatu senyawa. Dengan demikian kedua analisis

ini akan menjawab pertanyaan “Apa yang dikandung dan berapa besar jumlahnya?”.

Analisis kualitatif awal umumnya sangat membantu dalam memutuskan

metode apa yang akan dipakai untuk analisis kuantitatif.

Analisis kimia basah

Cara ini biasanya dilakukan di laboratorium kimia. Setelah sampel digerus

menjadi bubuk, langkah pertama yang dilakukan adalah menguraikan sampel.

Biasanya pada tahap ini digunakan satu dari beberapa larutan asam,

seperti asam klorida (HCl), asam sulfat (H2SO4), atau asam florida (HF), atau

campuran dari larutan asam tersebut. Jika sampel sudah dalam bentuk larutan,

langkah selanjutnya adalah colorimetry, volumetri atau gravimetri untuk

menentukan unsur-unsur yang diinginkan.

Kisaran konsentrasi unsur-unsur berdasarkan teknik analisis ini adalah:

Metode Konsentrai unsur dalam sampel

Gravimetri rendah – 100%

Volumetri rendah – 100%

Colorimetri ppm – rendah

Keuntungan menggunakan cara basah adalah reaksi dapat terjadi dengan

cepat dan relatif mudah untuk dikerjakan.

Analisis serapan atom (AAS)

AAS (atomic absorption spectroscopy) ini dapat dimasukkan dalam analisis kimia

cara basah karena sampel asli yang akan dianalisis secara sempurna terlarutkan

dalam suatu larutan sebelum dilakukan analisis. Cara ini didasarkan

atas pengamatan panjang gelombang yang dipancarkan suatu unsur atau serapan

suatu panjang gelombang oleh suatu unsur. Dalam perkembangannya

yang terakhir alat ini dilengkapi oleh inductively coupled plasma (ICP) dan

metode ICP-mass spectrometric (ICP-MS).

Sumber energi yang digunakan pada teknik ini adalah lampu katoda dengan

energi berkisar antara cahaya tampak sampai ultraviolet dari spektrum

elektromagnetik. Sampel dalam bentuk larutan dipanas-kan, dengan anggapan

atom-atom akan bebas dari ikatan kimianya. Pada sampel panas dilewatkan

sinar katoda, akan terjadi penyerapan energi yang akan terekam

dalam spektrometer.

Analisis fluoresen sinar X (XRF)

Analisis ini juga dikenal dengan spektrografi emisi sinar X, yang banyak digunakan

untuk laboratorium penelitian yang mempelajari kimia substansi anorganik.

Di samping untuk laboratorium penelitian analisis ini juga digunakan

untuk keperluan industri, seperti: industri tambang (untuk kontrol kualitas

hasil yang akan dipasarkan), industri kaca dan keramik, pabrik logam dan

bahan baku logam, dan dalam perlindungan lingkungan dan pengawasan pulusi.

Pada analisis ini sampel digerus menjadi bubuk dan ditekan dalam bentuk

pelet bundar. Pelet ini nantinya akan ditembak dengan sinar X. Spektrum

emisi sinar X yang dihasilkan merupakan ciri-ciri tiap-tiap unsur yang terkandung

dalam sampel.

Analisis ini dapat digunakan untuk penentuan sebagian besar unsur, dan

juga sangat sensitif untuk penentuan secara tepat beberapa unsur jejak (seperti

Y, Zr, Sr, Rb dalam kisaran ppm).

Electron probe microanalysis

Metode ini didasarkan atas prinsip yang sama dengan analisis fluoresen sinar

X, kecuali energi yang dipakai bukan tabung sinar X tetap digantikan oleh

sinar elektron. Disebut mikroanalisis karena dapat menganalisis baik kualitatif

maupun kuantitatif material dalam jumlah yang sangat sedikit. Sampel

yang dianalisis biasanya berbentuk sayatan yang sudah dikilapkan (polished

section atau polished thin section) dari suatu mineral, batuan atau material

padat yang lain.

Volume minimum yang dapat dianalisis dengan metode ini sekitar 10 sampai

20 fim3, yang dalam satuan berat sekitar 10-11 gram (untuk material silikat).

Analisis spektrografik optis

Spektrograif emisi optik didasarkan pada kenyataan bahwa atom suatu unsur

dapat menghasilkan energi. Ketika energi ini terdispersi, dengan menggunakan

prisma dapat direkam sebagai suatu spektrum. Jumlah garis dan intensitas

garis dalam spektrum yang terekam ditentukan oleh konfigurasi atom.

Analisis kuantitatif dengan teknik ini memerlukan pengukuran terhadap ketajaman

dari garis-garis spektral yang terekam dalam fotograf.

3.2 Sifat-sifat fisik mineral

Penentuan nama mineral dapat dilakukan dengan membandingkan sifat-sifat

fisik mineral antara mineral yang satu dengan mineral yang lainnya. Sifat-sifat

fisik mineral tersebut meliputi: warna, kilap (luster), kekerasan (hardness), cerat

(streak), belahan (cleavage), pecahan (fracture), struktur/bentuk kristal, berat

jenis, sifat dalam (tenacity), dan kemagnetan.

Warna adalah kesan mineral jika terkena cahaya. Warna mineral dap20

at dibedakan menjadi dua, yaitu idiokromatik, bila warna mineral selalu

tetap, umumnya dijumpai pada mineral-mineral yang tidak tembus cahaya

(opak), seperti galena, magnetit, pirit; dan alokromatik, bila warna mineral

tidak tetap, tergantung dari material pengotornya. Umumnya terdapat pada

mineral-mineral yang tembus cahaya, seperti kuarsa, kalsit.

Kilap adalah kesan mineral akibat pantulan cahaya yang dikenakan

padanya. Kilap dibedakan menjadi dua, yaitu kilap logam dan kilap bukanlogam.

Kilap logam memberikan kesan seperti logam bila terkena cahaya.

Kilap ini biasanya dijumpai pada mineral-mineral yang mengandung logam

atau mineral bijih, seperti emas, galena, pirit, kalkopirit. Kilap bukan-logam

tidak memberikan kesan seperti logam jika terkena cahaya. Kilap jenis ini dapat

dibedakan menjadi:

_ Kilap kaca (vitreous luster)

memberikan kesan seperti kaca bila terkena cahaya, misalnya: kalsit,

kuarsa, halit.

_ Kilap intan (adamantine luster)

memberikan kesan cemerlang seperti intan, contohnya intan

_ Kilap sutera (silky luster)

memberikan kesan seperti sutera, umumnya terdapat pada mineral yang

mempunyai struktur serat, seperti asbes, aktinolit, gipsum

_ Kilap damar (resinous luster)

memberikan kesan seperti damar, contohnya: sfalerit dan resin

_ Kilap mutiara (pearly luster)

memberikan kesan seperti mutiara atau seperti bagian dalam dari kulit

kerang, misalnya talk, dolomit, muskovit, dan tremolit.

_ Kilap lemak (greasy luster)

menyerupai lemak atau sabun, contonya talk, serpentin

_ Kilap tanah

kenampakannya buram seperti tanah, misalnya: kaolin, limonit, bentonit.

Kekerasan adalah ketahanan mineral terhadap suatu goresan. Secara relatif

sifat fisik ini ditentukan dengan menggunakan skala Mohs, yang dimulai dari

skala 1 yang paling lunak hingga skala 10 untuk mineral yang paling keras.

Skala Mohs tersebut meliputi (1) talk, (2) gipsum, (3) kalsit, (4) fluorit, (5) apatit,

(6) feldspar, (7) kuarsa, (8) topaz, (9) korundum, dan (10) intan.

Cerat adalah warna mineral dalam bentuk bubuk. Cerat dapat sama atau

berbeda dengan warna mineral. Umumnya warna cerat tetap. Belahan

adalah kenampakan mineral berdasarkan kemampuannya membelah melalui

bidang-bidang belahan yang rata dan licin (Gambar 3.1). Bidang belahan

umumnya sejajar dengan bidang tertentu dari mineral tersebut.

Pecahan adalah kemampuan mineral untuk pecah melalui bidang yang

tidak rata dan tidak teratur. Pecahan dapat dibedakan menjadi: (a) pecahan

konkoidal, bila memperlihatkan gelombang yang melengkung di permukaan

(Gambar 3.2); (b) pecahan berserat/fibrus, bila menunjukkan kenampakan

seperti serat, contohnya asbes, augit; (c) pecahan tidak rata, bila memperlihatkan

permukaan yang tidak teratur dan kasar, misalnya pada garnet;

(d) pecahan rata, bila permukaannya rata dan cukup halus, contohnya: mineral

lempung; (e) pecahan runcing, bila permukaannya tidak teratur, kasar,

dan ujungnya runcing-runcing, contohnya mineral kelompok logam murni;

(f) tanah, bila kenampakannya seperti tanah, contohnya mineral lempung.

Bentuk mineral dapat dikatakan kristalin, bila mineral tersebut mempunyai

bidang kristal yang jelas dan disebut amorf, bila tidak mempunyai batasbatas

kristal yang jelas. Mineral-mineral di alam jarang dijumpai dalam bentuk

kristalin atau amorf yang ideal, karena kondisi pertumbuhannya yang biasanya

terganggu oleh proses-proses yang lain. Srtruktur mineral dapat dibagi

menjadi beberapa, yaitu:

_ Granular atau butiran: terdiri atas butiran-butiran mineral yang mempunyai

dimensi sama, isometrik.

_ Struktur kolom, biasanya terdiri dari prisma yang panjang dan bentuknya

ramping. Bila prisma tersebut memanjang dan halus, dikatakan

mempunyai struktur fibrus atau berserat.

GAMBAR 3.1: Belahan tiga arah pada gipsum yang dihasilkan dari fragmen semirombohedral

(Hibbard, 2002)

GAMBAR 3.2: Pecahan konkoidal pada beril (Hibbard, 2002

_ Struktur lembaran atau lamelar, mempunyai kenampakan seperti lembaran.

Struktur ini dibedakan menjadi: tabular, konsentris, dan foliasi.

_ Struktur imitasi, bila mineral menyerupai bentuk benda lain, seperti

asikular, filiformis, membilah, dll.

Sifat dalam merupakan reaksi mineral terhadap gaya yang mengenainya,

seperti penekanan, pemotongan, pembengkokan, pematahan, pemukulan

atau penghancuran.
Sifat dalam dapat dibagi menjadi: rapuh (brittle), dapat

diiris (sectile), dapat dipintal (ductile), dapat ditempa (malleable), kenyal/lentur

(elastic), dan fleksibel (flexible).

3.3 Sistematika mineral

Sistematika atau klasifikasi mineral yang biasa digunakan adalah klasifikasi

dari Dana, yang mendasarkan pada kemiripan komposisi kimia dan struktur

kristalnya. Dana membagi mineral menjadi delapan golongan (Klein & Hurlbut,

1993), yaitu:

1. Unsur murni (native element), yang dicirikan oleh hanya memiliki satu

unsur kimia, sifat dalam umumnya mudah ditempa dan/atau dapat dipintal,

seperti emas, perak, tembaga, arsenik, bismuth, belerang, intan,

dan grafit.

2. Mineral sulfida atau sulfosalt, merupakan kombinasi antara logam atau

semi-logam dengan belerang (S), misalnya galena (PbS), pirit (FeS2),

proustit (Ag3AsS3), dll

3. Oksida dan hidroksida, merupakan kombinasi antara oksigen atau

hidroksil/air dengan satu atau lebih macam logam, misalnya magnetit

(Fe3O4), goethit (FeOOH).

4. Haloid, dicirikan oleh adanya dominasi dari ion halogenida yang elektronegatif,

seperti Cl, Br, F, dan I. Contoh mineralnya: halit (NaCl), silvit

(KCl), dan fluorit (CaF2).

5. Nitrat, karbonat dan borat, merupakan kombinasi antara logam/semilogam

dengan anion komplek, CO3 atau nitrat, NO3 atau borat

(BO3). Contohnya: kalsit (CaCO3), niter (NaNO3), dan borak

(Na2B4O5(OH)4 . 8H2O).

6. Sulfat, kromat, molibdat, dan tungstat, dicirikan oleh kombinasi logam

dengan anion sulfat, kromat, molibdat, dan tungstat. Contohnya: barit

(BaSO4), wolframit ((Fe,Mn)Wo4)

7. Fosfat, arsenat, dan vanadat, contohnya apatit (CaF(PO4)3), vanadinit

(Pb5Cl(PO4)3)

8. Silikat, merupakan mineral yang jumlah meliputi 25% dari keseluruhan

mineral yang dikenal atau 40% dari mineral yang umum dijumpai.

Kelompok mineral ini mengandung ikatan antara Si dan O. Contohnya:

kuarsa (SiO2), zeolit-Na (Na6[(AlO2)6(SiO2)30] . 24H2O).

GAMBAR 3.3: Beberapa kebiasaan mineral dan asal mulanya (Klein & Hurlbut, 1993)

Pengertian Medan Magnet
6.1 Pengertian Medan Magnet
Pada saat ini banyak peralatan yang bekerja dengan memanfaatkan medan magnet. Peralatan tersebut antara lain motor listrik, pemercepat partikel (akselerator), spektrometer massa, reaktor fusi, dan mikroskop elektron. Motor listrik merupakan alat yang paling sering dijumpai, karena penggunaannya sangat luas, mulai dari motor mainan anak, tape recorder, mesin jahit, hingga sebagai alat penggerak mesin-mesin pabrik. Medan magnet yang berubah terhadap waktu akan menimbulkan gaya gerak listrik (ggl) induksi.

Fenomena ini merupakan aspek penting medan magnet yang digunakan sebagai prinsip kerja generator listrik. Pengertian ggl induksi juga penting untuk memahami dasar kerja induktor dan transfomator yang sering dijumpai dalam rangkaian arus bolak-balik. Proses reproduksi suara (audio) dan gambar (video) serta penyimpanan data pada komputer elektronik juga memanfaatkan fenomena ggl induksi ini.
Suatu medan magnet dikatakan ada dalam suatu ruang, apabila muatan listrik yang bergerak dalam ruang tersebut mengalami gaya tertentu (bukan gesekan) selama muatan itu bergerak. Lazimnya, ada tidaknya medan magnet ditentukan dengan memperhatikan efeknya pada jarum kompas. Jarum kompas selalu mengambil posisi sejajar medan magnet. Gambar 6.1 menunjukkan medan magnet serba sama (homogen) berarah ke kanan. Pada gambar juga tampak jarum kompas yang telah menjajarkan diri dengan medan. Gaya F yang diderita muatan yang bergerak dengan kecepatan v dalam medan juga ditunjukkan.

6.2 Gaya Magnet Pada Muatan Bergerak
Arah gaya pada muata +q yang bergerak dalam medan magnet dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan seperti disajikan pada gambar 6.2.

Apabila jari jemari menunjukan ke arah medan dan ibu jari menunjukkan arah gerak muatan, maka telapak tangan menekan dalam arah gaya pada muatan tersebut.
Besar gaya (F) pada muatan yang bergerak dalam medan magnet bergantung pada hasil kali keempat factor berikut :
q, besar muatan (C)
v, besar kecepatan muatan (m/s)
B, besar atau kuat medan magnet
Sin θ, dengan θ adalah sudut antara garis-garis medan dan kecepatan v.
Maka dapat dituliskan :
(6.1)
Kuat medan magnet di suatu titik dinyatakan oleh vector B. Arahnya ialah arah medan magnet. B disebut dengan berbagai nama, seperti induksi magnetic, rapat fluks magnetic, namun biasanya dikatakan sebagai kuat medan magnet. Besar dan satuan B ditetapkan dengan menentukan bahwa konstanta perbandingan dalam rumus (6.1) adalah satu. Maka dapat dituliskan :
(6.2)
F dalam Newton, q dalam couloumb, v dalam m/s, maka B dalam satuan tesla (T). Satuan ini juga dinamakan weber per meter kuadrat (1 T = 1Wb/m2). Dalam system cgs dikenal juga satuan gauss, G, (1 G =10-4 T). Medan magnet bumi memiliki kuat medan B 1 G.
6.3 Gaya Magnet Pada Kawat Berarus
Arus tidak lain adalah aliran muatan positif, maka jelas bahwa dalam medan magnet arus akan mengalami gaya. Arah gaya ini dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan, dimana vector kecepatan diganti dengan arah arus. Besar gaya pada sepotomg kawat pendek adalah :
(6.3)
dengan adalah sudut antara arah arus I dan arah medan. Untuk kawat lurus panjang L, dalam medan magnet homogen, hubungan diatas menjadi :
(6.4)
Perhatikan bahwa gaya initidak ada (nol) apabila kawat tersebut sejajar dengan medan. Gaya ini akan maksimum apabila garis medan tegak lurus kawat.
Torsi pada pada kumparan terdiri dari N lilitan, masing-masing berarus I dalam medan magnet B adalah :
(6.5)
dengan A luas kumparan dan sudut antara garis medan dengan garis normal pada bidang kumparan. Untuk menentukan dalam arah kumparan akan berputaar, dapat digunakan aturan tangan kanan.
Medan magnet yang dihasilkan oleh beberapa arus ditunjukkan pada gambar 6.3. Dibawah setiap gambar tertulis nilai B pada titik P yang bersangkutan. Tetapan = 4 X 10-7 m/A dinamakan permeabilitas vakum. Kumparan yang ditunjukkan itu berada dalam vakum atau udara.

6.4 Medan Magnet Oleh Arus Listrik
Elemen arus menyebabkan medan magnet di titik P, yaitu besarnya adalah :
(6.6)
dengan r dan seperti ditunjukkan pada gambar 6.4. Arah vector ialah tegak lurus bidang yang melalui dan r (bidang kertas), yaitu dalam hal ini keluar kertas. Bila r dan berimpit, = 0 hingga = 0. Ini bermakna bahwa medan kawat lurus berarus di titik pada kawat itu adalah nol.

6.5 Sifat Kemagnetan Bahan
Kebanyakan zat sedikit sekali berpengaruh pada medan magnet. Sifat magnetic zat sebaiknya dibahas melalui eksperimen seperti berikut. Misalkan dalam solenoida atau toroida dialirkan arus tertentu, hingga di suatu titik dalam solenoida atau toroida itu, yang diandaikan dalam vakum, terdapat induksi magnet sebesar ; indeks v berarti vakum. Jika solenoida atau toroida tersebut sekarang diisi zat, medan pada titik itu akan berubah menjadi B. Didefinisikan dua pengertian berikut ini :
Permeabilitas relatif zat = km =
Permeabilitas zat = =
Dari batasan di atas, dapat diklasifikasikan sifat kemagnetan bahan sebagai berikut :
Bahan disebut diamagnetic, apabila -nya sedikit lebih kecil dari satu (misal timah hitam, = 0,999984). Bahan diamagnetic menyebabkan medan dalam solenoida atau toroida sedikit berkurang.
Bahan disebut paramagnetik, apabila -nya sedikit lebih besar dari satu (misal aluminium, = 1,000021). Bahan paramagnetik sedikit meperkuat medan dalam solenoida atau toroida.
Bahan feromagnetik seperti besi dan suasa-suasanya, ber- sekitar 50 bahkan lebih besar. Bahan seperti ini sangat memperkuat medan B dalam solenoida atau toroida.

Bab I
Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Suatu zat cair memiliki kemampuan tertentu sehingga suatu padatan yang dimasukan kedalammya mendapat gaya tahanan yang diakibatkan peristiwa gesekan antara permukaan padatan tersebut dengan zat cair. Sebagai contoh, apabila kita memasukkan sebuah bola kecil kedalam zat cair, terlihatlah batu tersebut mula-mula turun dengan cepat kemudian melambat hingga akhirnya sampai didasar zat cair. Bola kecil tersebut pada saat tertentu akan mengalami sejumlah perlambatan hingga mencapai gerak lurus beraturan. Gerakan bola kecil menjelaskan bahwa adanya suatu kemampuan yang dimiliki zat cair sehingga kecepatan bola berubah. Hambatan-hambatan itulah yang kita namakan sebagai kekentalan (viskositas). Akibat viskositas zat cair itulah yang menyebabkan terjadinya perubahan yang cukup drastis terhadap kecepatan batu. Seperti apa viskositas atau kekentalan itu ? apa saja yang mempengaruhi viskositas ? dan mengapa terjadi pengurangan laju atau kecepatan bola pada saat dimasukkan dalam zat cair ? Hal inilah yang akan dibahas pada praktikum kali ini.

1.2 Tujuan

Adapun tujuan diadakannya praktikum kali ini antara lain :
Agar praktikan dapat memahami bahwa gaya gesek yang dialami benda bergerak didalam fluida berkaitan dengan kekentalan fluida tersebut.
Agar praktikan dapat menentukan faktor-faktor apa saja yang dapat mempengaruhi nilai kekentalan fluida.
Agar praktikan dapat memahami dan menjelaskan tentang adanya penurunan kecepatan pada bola yang dimasukan dalam fluida.
Agar praktikan dapat menjelaskan tentang konsep Hukum Stokes.
Agar praktikan dapat menentukan koefisien kekentalan zat cair dengan menggunakan Hukum Stokes.

Bab II
Tinjauan Pustaka

Fluida yang riil memiliki gesekan internal yang besarnya tertentu yang disebut dengan viskositas. Viskositas ada pada zat cair maupun gas dan pada intinya merupakan gaya gesekan antara lapisan-lapisan yang bersisian pada fluida pada waktu lapisan-lapisan tersebut bergerak satu melewati lainnya. Dengan adanya viskositas, kecepatan lapisan-lapisan fluida tidak seluruhnya sama. Lapisan fluida yang terdekat dengan dinding pipa bahkan sama sekali tidak bergerak (v = 0), sedangkan lapisan fluida pada pusat aliran memiliki kecepatan terbesar. Pada zat cair, viskositas disebabkan akibat adanya gaya-gaya kohesi antar molekul.
Dalam fluida ternyata gaya yang dibutuhkan (F), sebanding dengan luas fluida yang bersentuhan dengan setiap lempeng (A), dan dengan laju (v) dan berbanding terbalik dengan jarak antar lempeng (l). Besar gaya F yang diperlukan untuk menggerakan suatu lapisan fluid dengan kelajuan tetap v untuk luas penampang keping A adalah

F = η A v
l

Dengan viskositas didefinisikan sebagai perbandingan regangan geser (F/A) dengan laju perubahan regangan geser (v/l).

Dengan kata lain dapat dikatakan bahwa :
Makin besar luas keping (penampang) yang bersentuhan dengan fluida, makin besar gaya F yang diperlukan sehingga gaya sebanding dengan luas sentuh (F ≈ A). Untuk luas sentuh A tertentu, kelajuan v lebih besar memerlukan gaya F yang lebih besar, sehingga gaya sebanding dengan kelajuan (F ≈ v).

Hukum Stokes
Viskositas dalam aliran fluida kental sam saja dengan gesekan pada gerak benda padat. Untuk fluida ideal, viskositas η = 0 sehingga kita selalu menganggap bahwa benda yang bergerak dalam fluida ideal tidak mengalami gesekan yang disebabkan fluida. Akan tetapi, bila benda tersebut bergerak dengan kelajuan tertentu dalam fluida kental, maka benda tersebut akan dihambat geraknya oleh gaya gesekan fluida benda tersebut. Besar gaya gesekan fluida telah dirumuskan

F = η A v = A η v = k η v
l l

Koefisien k tergantung pada bentuk geometris benda. Untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola dengan jari-jari (r), maka dari perhitungan laboraturium ditunjukan bahwa

k = 6 п r

maka

F = 6 п η r v

Persamaan itulah yang hingga kini dikenal dengan Hukum Stokes.

Dengan menggunakan hukum stokes, maka kecepatan bola pun dapat diketahui melalui persamaan (rumus) :

v = 2 r2 g (ρ – ρ0)
9 η

Bab III
Metode Praktikum

3.1 Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakakan pada praktikum kali ini antara lain :
Tabung gelas tempat zat cair yang dilengkapi dua karet gelang.
bola kecil dari plastik dengan ukuran dan berat jenis yang berbeda-beda.
Mistar dan micrometer sekrup.
Saringan bertangkai untuk mengambil bola.
Larutan gliserin.
Stopwatch.
Tabung reaksi.
Pinset.

3.2 Prosedur Praktikum

Adapun hal-hal yang dilakukan saat melakukan praktikum pipa U antara lain :
Gunakan 2 bola dengan ukuran yang berbeda.
Timbang dan ukur diameter masing-masing bola sebanyak 3 kali.
Siapkan tabung gelas berisi fluida yang telah dilengkapi dengan karet dengan jarak tertentu. (5 cm dari atas dan 5 cm dari dasar tabung reaksi).
Lepaskan bola dengan menggunakan pinset agar bola tidak mendapat kecepatan awal. (pastikan bola dilepaskan ketika bola berada pada posisi yang cukup dekat dengan fluida).
Ukur waktu yang diperlukan bola saat bola tepat melewati karet hingga bola mencapai batas karet yang berada dibagian bawah.
Ubah jarak kedua karet tersebut.
Lakukan hal yang sam terhadap bola dengan ukuran lainnya.
Lakukan percobaan sebanyak 3 kali.

Bab IV
Hasil dan Pembahasan

4.1 Hasil

Bola kecil = 0.3 gr =) 0.3 . 10-3 kg.
Bola sedang= 0.5 gr =) 0.5 . 10-3 kg.

Bola Ø

(m) ± Δ Ø

Massa (m)

(kg) ± Δm

1. 8.85 x 10-3
1. 0.5 x 10-3

2. 8.90 x 10-3 2. 0.5 x 10-3
3. 8.87 x 10-3 3. 0.5 x 10-3

1. 7.695 x 10-3
1. 0.3 x 10-3

2. 7.66 x 10-3 2. 0.3 x 10-3
3. 7.62 x 10-3 3. 0.3 x 10-3

Ket :

B1 =) bola sedang
B2 =) bola kecil

B1 (bola sedang)

Volume rata-rata = 1 п r3
6
= 1 п (8.87 x 10-3) = 3.65 x 10-7 m3
6

∆v = √|dv |2 | Δ Ø |2
| d Ø|
Ø2| | Δ Ø |2= √|1/2
= √|1/2×3.14×7.87×10-5| (1.33×10-3)2
= 1.64 x 10-7

Massa jenis (ρ) =) ρ = m
v
= 0.5 x 10-3 = 0.14 x 104 kg/m3
3.65 x10-7
∆ ρ = √|dρ|2 |∆v|2 + |dρ|2 |∆m|2 ; ∆m = 0
|dv| |dm|
= √(0.5x 10-3)2 (1.64 x 10-7)2 + 0
1.33 x 10-13
= 7.49 x 10-2

Jari-jari (r1) = Ø = 4.435 x 10-3 m
2

(r1)2 = 19.36 x 10-6 m
B2 (bola kecil)

Volume rata-rata = 1 п r3
6
= 1 п (7.66 x 10-3)3 = 2.35 x 10-7 m3
6
∆v = √|dv |2 | Δ Ø |2
| d Ø|
Ø2| | Δ Ø |2= √|1/2
= √|1/2×3.14×5.87×10-5| (1.5×10-3)2
= 1.38 x 10-7

Massa jenis (ρ) =) ρ = m
v
= 0.3 x 10-3 = 0.13 x 10-4 kg/m3
2.35 x 10-7

∆ ρ = √|dρ|2 |∆v|2 + |dρ|2 |∆m|2 ; ∆m = 0
|dv| |dm|
= √(0.3x 10-3)2 (1.38 x 10-7)2 + 0
5.52 x 10-13
= 7.49 x 10-2

Jari-jari (r2) = Ø = 3.83 x 10-3 m
2

(r2)2 = 14.67 x 10-6 m

Massa jenis fluida = 1.2563 x 103 kg/m3

d1 = 29.6 cm

Bola sedang Bola kecil
t1 1.10 1.37
t2 1.34 1.32
t3 1.06 1.22
trata-rata ± SD 1.17 ± 0.081 1.303 ± 0.046
B1 (bola sedang)

1 = 1 = 0.85
t 1.17

B2 (bola kecil)

1 = 1 = 0.77
t 1.303

Cara I

v = 2 r2 g (ρ – ρ0)
9 η

grafik

a = 0.52
b = 17.483.1
c = 1

Berdasarkan grafik tersebut, maka didapatkan nilai viskositas :

η = 2 g (ρ – ρ0) = 2×9.78(1.2563-1)10-3
b.d.9 9×17.483.1x296x10-3
= 1.07 x 10-4 Ps

Cara II

Bola kecil (B2)

t1 t1 t1 t ± SD
d2 (27.6 cm) 1.25 1.22 1.31 1.23 ± 0.0514
d3 (24.6 cm) 1.16 1.19 1.04 1.13 ± 0.0393
d4 (19.6 cm) 1.00 0.90 0.81 0.90 ± 0.0605

grafik

a = 0.12
b = 4.022
c = 0.997

Berdasarkan grafik tersebut, maka didapatkan nilai viskositas :

η = 2 g (ρ – ρ0)b = 2×9.78(1.2563-1)10-3 x 4.022
9 9

= 3.286 x 10-2 Ps

4.2 Pembahasan

Untuk mendapatkan nilai viskositas dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu :

Cara I

v = 2 r2 g (ρ – ρ0)
9 η

d = 2 r2 g (ρ – ρ0)
t 9 η

1 = 2 r2 g (ρ – ρ0) r2
t d 9 η

y = b x

b = 2 g (ρ – ρ0)
d 9 η

Sehingga dari persamaan tersebut didapat nilai viskositas sebesar :

η = 2 g (ρ – ρ0) = 1.07 x 10-4 Ps
b.d.9

Cara II

d = 2 r2 g (ρ – ρ0)
t 9 η

t = 9 η
d 2 r2 g (ρ – ρ0)

t = 9 η d
2 r2 g (ρ – ρ0)

Y = b x

b = 9 η
2 r2 g (ρ – ρ0)

Sehingga dari persamaan tersebut didapat nilai viskositas sebesar :

η = 2 r2 g (ρ – ρ0) b = 3.286 x 10-2 Ps
9

Untuk nilai deviasi diameter (Ư) dapat digunakan rumus :

∆ Ø = 1/n √n ∑x2 – (∑x)2
n-1

Untuk nilai deviasi waktu (∆t) dapat digunakan rumus :

∆ t = 1/n √n ∑x2 – (∑x)2
n-1
Untuk nilai deviasi massa (∆m) dapat digunakan rumus :

∆ m = 1/n √n ∑x2 – (∑x)2
n-1
Untuk nilai deviasi volume (∆v) dapat digunakan rumus :

∆v = √|dv |2 | Δ Ø |2
| d Ø|

Untuk nilai deviasi volume (∆v) dapat digunakan rumus :

∆ ρ = √|dρ|2 |∆v|2 + |dρ|2 |∆m|2
|dv| |dm|

Nilai koefisien viskositas yang kurang dari 1 mengambarka bahwa zat cair yang digunakantidak terlalu pekat, sehingga kecepatan bola pun tidak turun terlalu jauh.
Pada perhitungan dengan menggunakan cara I dan cara II terdapat perbedaan yang cukup jauh. Hal ini mungkin terjadi akibat adanya kesalahan pada saat pencatatan waktu, sehingga hasil yang didapatkan pun berbeda cukup jauh.
Dalam praktikum ini dihitung nilai standar deviasi, hal ini dikarenakan pada praktikum ini dilakukan pengukuran dan perhitungan secara langsung dengan masing-masing pengukuran dilakukan sebanyak 3 kali.
Untuk nilai deviasi massa (∆ m ) adalah nol (0) akibat pengukuran massa pada timbangan yang menunjukan angka atau nilai yang sama pada 3 x pengukuran (penimbangan).
Bab V
Penutup

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari percobaan kali ini adalah
Kekentalan zat cair (viskositas) mengakibatkan terjadinya perubahan laju atau kecepatan bola.
Semakin besar nilai koefisien kekentalan zat cair semakin lambat kecepatan benda yang dimasukan kedalamnya.
Luas penampang mempengaruhi besar koefisien zat cair.
Waktu yang diperlukan benda untuk mencapai titik tertentu tergantung dari berat massa zat tersebut.

  1. No trackbacks yet.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: