06 AprZwitterion

ION BANCI – GARAM INNER – SENYAWA AMFOTIR

Syekhfani

Dalam ilmu kimia , “zwitterion” atau “ion-banci” (hybrid, adipolar), adalah molekul netral mengandung muatan listrik positif dan muatan listrik negatif – (“zwitter” – istilah dalam bahasa Jerman).

Zwitterion berbeda dengan “dipole”, dalam hal tempat (lokasi) molekul yang berada pada kutub (pole) berlawanan; sedangkan zwitterion berada dalam satu molekul.

Sifat dipole menunjukkan kemampuan suatu senyawa bereaksi dalam dua kondisi reaksi larutan: masam dan alkalis; sehingga dikenal pula dengan sebutan senyawa “Amfotir – Amphoterism ”.

Zwitterion kadang-kadang juga disebut “garam inner”.

Asam Amino, merupakan contoh terbaik bentuk “zwitterion”, mengandung gugus amine (amonium) dan karboksilat, dan dapat digambarkan melalui reaksi asam – basa.

Gugus amina adalah deprotonat asam karboksilat.

NH2RCHCO2H → NH3+RCHCO2−

Suatu asam-amino mengandung pusat asidik (fraksi asam karboksilat) dan basik (fraksi amina).

1. Isomer sebelah kanan adalah suatu “zwitterion”

Isomer sebelah kanan adalah suatu “zwitterion”.

2. Isomer asam sulfamat, dengan  “zwitterion”

Isomer asam sulfamat, dengan “zwitterion” (kanan).

Lihat: → http://en.wikipedia.org/wiki/Zwitterion

Muatan listrik positif dan negatif yang ada dalam gugus amina dan sulfidril pada asam amino tersebut di atas, memberi peluang terhadap peningkatan “kapasitas tukar ion” (kation dan anion).

Reaksi zwitterion akan sangat membantu dalam menjelaskan mekanisme ameliorasi tanah, apakah sebagai “pupuk organik” ataupun “pengondisi tanah” yang mengandung N (protein, asam amino).

26 DecEkstraksi Asam Humat

images (1)

PEMILAHAN DARI DALAM TANAH DAN BAHAN ORGANIK

Jenis Ekstraktan dan Langkah-langkah Ekstraksi

Syekhfani

Bahan organik, adalah “kunci” keberlanjutan pertanian di Indonesia yang beriklim tropika basah dan hangat, di mana proses degradasi berjalan sangat cepat. Di pihak lain, bahan organik bersifat “multi purpose”, menata sifat fisik, kimia, biologi, dan kehidupan dalam tanah. Degradasi bahan organik menyebabkan degradasi pertumbuhan dan produksi tanaman.

Dalam manajemen bahan organik, sifat perilaku (nature and properties) senyawa organik dalam kaitan dengan reaksi dalam hidup dan kehidupan perlu diketahui dan dipelajari.

Asam Humat http://en.wikipedia.org/wiki/Humic_acid, adalah kunci keberlanjutan kesuburan potensial tanah, karena senyawa asam humat tergolong senyawa kompleks, siklik, atau aromatik yang tahan terhadap degradasi, di samping mempunyai gugus aktif mampu mengikat air dan unsur hara dalam jumlah besar.

Asam humat, saat ini menjadi fokus dalam pengembangan pertanian organik, bahkan dijadikan objek dalam industri pupuk ataupun pembenah tanah.

Berapa besar kandungan asam humat dalam tanah dapat diketahui melalui analisis kimia tanah, meliputi pemilahan-pemilahan fraksi mineral maupun oreganik menggunakan ekstraktan tertentu yang efisien dan efektif.

Perilaku bahan organik tanah, khususnya senyawa asam humat, hanya dapat dipelajari dalam satus bebas (free state), yaitu bebas dari ikatan senyawa inorganik tanah.

Sehingga, langkah pertama yang dilakukan para peneliti adalah “pemisahan” bahan organik dari ikatan matriks inorganik tanah: pasir, debu dan liat; dan selanjutnya “pemilahan” spesies senyawa organik dalam bahan organik, dan akhirnya dapat diperoleh senyawa asam humat itu sendiri.

Untuk maksud tersebut di atas, maka diperlukan analisis menggunakan metode ekstraksi yang telah lazim dilakukan dan diketahui akurasinya. Sebagai contoh, metode ekstraksi yang dikemukakan oleh Stevenson (1982)* berikut, banyak diacu oleh para ilmuan dan peneliti:

Sebuah teknik telah dikembangkan, tergantung pada sifat bahan yang diuji. Senyawa-senyawa non-polar seperti lemak, lilin, resin, dan lain-lain, dapat diekstrak dengan pelarut organik seperti heksana, eter, campuran benzena-alkohol, dan sebagainya.

Prosedur hidrolisis telah digunakan untuk mengisolasi monomer-monomer individual, seperti asam amino dan gula.

Metode ekstraksi yang ideal dikembangkan untuk untuk tujuan berikut:
• Mengisolasi bahan yang tidak berbeda.
• Senyawa asam humat terekstrak bebas dari kontaminasi inorganik, seperti liat dan kation-kation polivalen.
• Ekstraksi adalah lengkap, karena mewakili fraksi-fraksi pada kisaran berat molekulnya.
• Metode secara universal berlaku untuk semua jenis tanah.

Pereaksi untuk mengekstrak senyawa organik dari tanah (Stevenson 1982):

Tipe Bahan Ekstraktan: Ekstrak % bahan organik

Senyawa Asam Humat: NaOH hingga 80%

Ekstraktan Tawar (Mild): Na4P2O7 dan lainnya hingga 30%

Khelat Organik: Acetyloacetone, cupferron, hydroxyquinoline hingga 30%

Asam Format (HCOOH) hingga 55%

Ekstraksi Bahan Organik Alkali:

Penampakan ekstraksi alkali yang tidak menyenangkan adalah: larutan NaOH 0.1 – 0.5N dalam air dan tanah terhadap rasio ekstraktan dari 1:2 hingga 1:5 (g/ml) telah banyak digunakan untuk recovering bahan organik.

Ekstraksi ulangan dibutuhkan untuk mencapai recovery maksimum. Pembilasan tanah dengan larutan HCl, akan menghilangkan Ca dan kation polivalen lain, meningkatkan efisiensi ekstraksi bahan organik dengan pereaksi alkalin. Secara aturan umum, ekstraksi tanah dengan 0.1 atau 0.5N NaOH menghasilkan recovery sekitar 2/3 dari kandungan tanah.

1. Larutan alkali melarutkan silika dari bahan mineral dan silika mengkontaminasi pemisahan fraksi organik dari ekstrak.

2. Larutan alkali melarutkan komponen struktural dan protoplasmik jaringan organik segar dan menjadi tercampur dengan bahan organik humat.

3. Di bawah kondisi alkalin, autoksidasi beberapa senyawa organik tampak dalm kontak dengan udara selama ekstraksi dan saat didiamkan.

4. Perubahan kimia dapat juga kelihatan dalam larutan alkalin seperti kondensasi sntara asam amino dan aldehida atau quinon.

Ekstraktan Tawar (extractant mild)

Beberapa ekstraktan tawar sebagai ekstraktan lebih selektif telah direkomendasikan tahun-tahun terakhir sebagai alternatif menggantikan ekstrak dengan alkali kuat.

Termasuk agen garam-garam kompleks (Na4P2O7 dan EDTA), agen organik kompleks dalam medium larut (acetylacetone), dan pelarut organik berbagai tipe. Meski hasilnya kurang menggantikan bahan, ekstraktan ini jauh kurang efektif dibanding hidroksida alkali dalam mengurai bahan organik.

Seperti pada ekstraksi alkali, frekuensi recovery bahan organik dapat ditingkatkan dengan perlakuan pendahuluan terhadap tanah mineral masam untuk menghilangkan karbonat (HCl) atau silikat (campuran HCl-HF).

Untuk penyelidikan tertentu, suatu ekstraktan tawar dibutuhkan; untuk yang lebih komplit lainnya, maka yang dibutuhkan adalah alkali panas. Saat ini, banyak penyidik emnggunakan ekstraktan secara berurutan sehingga bagian bahan organik diperoleh dengan ekstraktan tawar sebelum ekstraktan alkali.

Na4P2O7 dan garam netral lain di kebanyakan tanah, Ca dan kation-kation polivalen lain (Fe, Al) bertanggung jawab dalam membentuk bahan organik dalam kondisi terflokulasi dan tidak larut. Pereaksi-pereaksi yang menyebabkan kondisi kation tidak aktif melalui pembentukan endapan atau koordinasi kompleks larut ke solubilisasi bahan organik.

Pereaksi tertentu seperti amonium oksalat, sodium irofosfat dari asam organik lemah telah digunakan untuk hal ini. Dari berbagai pereaksi netral, Na4P2O7 lah yang terbanyak digunakan. Seperti disebut terdahulu, jumlah bahan organik yang ditemukan (<30%) diperkirakan lebih rendah dari pada alkali kostik, tetapi kurang menggantikan.Untuk meminimalkan modifikasi kimia bahan organik, ekstraksi harus dilakukan pada pH 7.0.

Asam Format – HCOOH

Penelitian intensif terhadap ekstraksi bahan organik dengan asam format menunjukkan bahwa pada keadaan tertentu hingga 55% bahan organik tanah mineral dan sebanyak 80% dalam kompos dapat diekstrak dengan asam format mengandung LiF, LiBr atau HBF4.

Pengembangan asam format anhidrous untuk ekstraksi bahan organik adalah bahwa senyawa polar yang teroksidasi ataupun bersifat hidrolitik. Lebih lanjut, asam format merupakan solven yang baik untuk spesies senyawa secara luas, termasuk polisakharida. Jumlah Ca, Fe, Al dan senyawa inorganik lain larut dalam tanah sepanjang bahan organik dan lebih jauh yang mungkin lepas menjadi bahan inorganik secara komplit. Asam format paling efisien dengan tanah yang mengandung banyak bahan organik yang hanya terhumifikasi setempat.

Agen Khelat Organik

Senyawa organik seperti acetylacetone, cupferron dan hydroxyquinoline, yang mampu membentuk khelat dengan logam polivalen, telah digunakan untuk mengekstrak bahan organik lluvial tanah dari Spodosols. Bahn organik dari horizon B tanah-tanah ini tampak sebagai kompleks dengan Fe dan Al dan kompleks logam-logam ini melalui agen khelating melepas bahan organik menjadi bentuk larut. Agen khelat bahan organik agak kurang efektif untuk mengekstrak bahan organik dari tipe tanah lain.

*) SOIL SCIENCE 702/802: CHEMISTRY OF SOILS … SYLLABUS (revised Jan 1998); Text: Sparks, 1995, Environmental Soil Chemistry, Academic Press; Supplemental: Cresser, Killham, and Edwards, 1993, Soil Chemistry and its applications, Cambridge.