Transformasi Fe Dan Mn
Content
12/5/2014
TRANSFORMASI BESI DAN MANGAN
• Besi dan mangan merupakan unsur mikro
esensial untuk tumbuhan tetapi toksik pada
konsentrasi tinggi.
• Besi dan mangan merupakan logam-logam
transisi pertama dan ketiga terbanyak di kerak
bumi yaitu 5,6 × 104 ppm dan 9.5 × 102 ppm
berturut-turut.
• Fe dan Mn tidak larut di tanah
• Bagaimana mengkonversinya menjadi
bentuk yang larut?
1
12/5/2014
Besi Tanah
• Besi merupakan bagian penting dari reaksireaksi yang menghasilkan energi
• Banyak Fe berasosiasi dengan kloroplas
• Kelarutan sangat rendah
• Sulit untuk mempertahankan Fe larut agar dapat
diabsorpsi oleh tanaman
• Dibutuhkan sangat sedikit oleh tanaman
Fe tanah
• Fe di Larutan Tanah
– pH merupakan pengaruh utama kelarutan besi
• Sangat larut pada pH < 3
• Kelarutannya menurun dengan meningkatnya pH
• Pada pH normal – kelarutan besi sangat rendah
– Fe terutama terdapat pada bahan organik
2
12/5/2014
• Defisiensi P umumnya dijumpai pada
kalkareous
• Kadar P yang tinggi juga bersifat antagonis
dengan Fe
Transformasi Besi
• Di alam, siklus besi terutama terjadi antara
bentuk fero dan feri
• Reduksi Fe3+ terjadi secara kimia dan sebagai
bentuk respirasi anaerob
• Oksidasi Fe2+ terjadi secara kimia dan sebagai
bentuk metabolisme kemolitotropik
3
12/5/2014
• Besi berlimpah di habitat teresterial, tetapi
konsentrasi Fe larut sangat rendah pada
lingkungan aerob termasuk sistem akuatik.
• Besi sering dalam bentuk tidak tersedia bagi
tanaman dan defisiensi yang serius kadangkadang terjadi.
• Besi merupakan unsur yang dengan cepat
mengalami transformasi melalui aktivitas
mikroba.
• Siklus Fe dicirikan dengan oksidasi dan reduksi
senyawa Fe pada tanah dan sedimen.
4
12/5/2014
Transformasi Besi
• Oksidasi dan reduksi mineral-mineral besi,
• Presipitasi mineral-mineral Fe2+ dan Fe3+,
• Kelarutan mineral-mineral besi menjadi
bentuk-bentuk tersedia bagi tanaman, dan
• Mineralisasi besi yang terikat secara organik
Transformasi Fe
5
12/5/2014
Pengaruh mikroorganisme dalam
transformasi besi
1. Bakteri tertentu mampu mengoksidasi besi
fero menjadi bentuk feri, feri dipresipitasi
sebagai feri hidroksida
2. Banyak spesies heterotrof menyebabkan
presipitasi garam besi anorganik yang
terdapat di dalam larutan tanah.
3. Mikroorganisme mengubah potensial oksidasi-reduksi
lingkungannya. Penurunan potensial oksidasi reduksi
menyebabkan mikroba membentuk fero yang lebih
larut daripada ion feri yang sangat tidak larut
4. Bakteri dan fungi menghasilkan asam seperti asam-asam
karbonat, asam nitrat, asam sulfur, dan asam-asam
organik sehingga menyebabkan besi larut ke dalam
larutan tanah akibat meningkatnya kemasaman.
6
12/5/2014
5. Pada kondisi anaerob, sulfida dibentuk dari
sulfat dan senyawa-senyawa S organik
membentuk fero sulfida
6. Pembebasan asam-asam organik tertentu
oleh mikroorganisme dan produk-produk
berkarbon lain dari metabolisme sering
mengakibatkan pembentukan kompleks besi
organik yang larut.
1. Oksidasi Besi
• Pada kondisi beraerasi baik, bakteri
memperoleh energi dari oksidasi Fe2+.
2Fe2+ ½ O2 + 2H+
2Fe3+ + H2O
7
12/5/2014
Beberapa Mikroorganisme
Pengoksidasi Besi
Bakteri pengoksidasi besi asidofil
Ferrobacillus sulfoooxidans
Ferrobacillus ferrooxidans
Leptospirillum
Metallogenium
Sulfolobus
Thiobacillus ferooxidans
Bakteri pengoksidasi besi pH netral
1. deposisi secara langsung pada permukaan sel
Siderococcus
Planctomyces
Peloploca
Hyphomicrobium
Actinomyces sp.
Acholeplasma
Caueococcus
Naumaniella
Ochrobium tactum
Pedomicrobium
Metallogenium
2. deposisi pada lapisan-lapisan polimer
Arthrobacter
Thiopedia
Leptothrix
Sphaerotilus
Clonothrix
Crenothrix
3. Deposisi pada tangkai
Planctomycesd
Gallionella
Toxothrix
Pengaruh Oksidasi Besi
• Mikroorganisme memperoleh energi
• Fe3+ berfungsi sebagai agen penyemen untuk
menstabilkan koloni mikro pada permukaan
padatan
• Pembentukan kondisi masam pada lingkungan
8
12/5/2014
Thiobacillus ferrooxidans mengoksidasi Fe2+ menjadi Fe3+
Dengan membentuk hidroksida besi berwarna kuning-oranye
9
12/5/2014
2. Reduksi Besi
• Reduksi besi feri oleh mikroba menjadi besi
fero merupakan cara utama pelarutan besi.
FeCO3 + CO2 + H2O Fe2+ + 2HCO3-
Mikroorganisme pereduksi besi
• Fungi Alternaria dan Fusarium,
• Bakteri Bacillus, Clostridium, Klebsiella,
Pseudomonas, dan Serratia.
10
12/5/2014
Dampak Reduksi Besi
• Reduksi Fe3+ pada mineral fosfat dapat
menimbulkan pelepasan fosfat
• menimbulkan korosi baja
• Oksidasi dan reduksi besi memainkan peranan
utama dalam proses pembentukan tanah yang
dikenal sebagai gleisasi.
• Gley menunjukkan suatu kondisi dimana Fe di
dalam tanah direduksi
– berwarna hijau keabu-abuan
– menunjukkan masalah drainase.
11
12/5/2014
Status reduksi-oksdasi
• Reduksi – oksigen
dideplesi dari tanah
• Bercak/Gley
• Oksidasi – oksigen
terdapat di tanah, tanah
bersifat aerob, leaching
menyebabkan warna
tanah terang.
23
3. Kelarutan Besi
• Besi feri umumnya tidak larut, tetapi dapat
dilarutkan dengan pemasaman dan
kompleksasi dengan bahan organik.
12
12/5/2014
• Proses pemasaman ini di tanah disebut
podsolisasi.
– Besi feri berkombinasi dengan asam-asam organik
pada tanah-tanah hutan, menjadi lebih larut, dan
berperkolasi ke dalam profil tanah.
– Akhirnya Fe3+ berpresipitasi pada horizon B
dengan membentuk lapisan yang jelas.
Podsolisasi
13
12/5/2014
TRANSFORMASI MANGAN
Mangan Tanah
• Seperti halnya besi, mangan juga lebih larut pada
tanah masam hingga mencapai kondisi toksik
• Dekomposisi bahan organik membantu kelarutan Mn
• Konsentrasi toksik lebih umum dijumpai daripada unsur
mikro lainnya
– Tanah mungkin secara alami memiliki kadar Mn yang tinggi
– Kondisi tersebut memudahkan terjadinya toksisitas
mangan.
14
12/5/2014
Mangan Tanah
– Toksisitas Mn pada tanah dengan kandungan Mn
terjadi pada pH sedikit di bawah 6, kelebihan air,
atau bahkan pada pH tinggi.
– Gejala defisiensi mangan– klorosis daun muda
• Beberapa bentuk anorganik Mn
• oksida/hidroksida seperti manganit
(MnOOH) dan pirolusit (MnO2),
– karbonat (MnCO3), dan
– sulfida (MnS).
Bentuk Mn paling tersedia bagi pertumbuhan
tanaman adalah ion Mn2+ tereduksi.
15
12/5/2014
• Mn2+ dilepaskan melalui pelapukan batuan
beku dan batuan metamorf
• Bentuk Mn ini dioksidasi menjadi Mn3+ dengan
adanya oksigen.
Siklus Redoks Mn
• Mangan di tanah terdapat dalam tiga bentuk
oksidasi: Mn(II), Mn(III) and Mn(IV).
• Tanpa adanya oksigen Mn(II) dijumpai lebih
banyak
• Adanya oksigen, Mn(IV) lebih banyak dan
diikuti oleh Mn(III).
16
12/5/2014
Siklus Redoks Mn
Oksidasi Mangan
• Oksidasi Mn oleh mikroba dan secara kimia
membentuk oksida-oksida mangan yang
relatif tidak larut.
• Oksidasi Mn oleh bakteri terjadi pada tanah
dan sedimen
17
12/5/2014
• Pada dasar laut, adanya aktivitas mikroba
menyebabkan pembentukan nodul-nodul
feromangan.
• Oksidasi Mn di lingkungan dengan pH netral
atau asam diperantarai oleh mikroba.
• Oksidasi Mn2+ secara kimia terjadi hanya pada
pH >8.
• Oksidasi Mn yang diperantarai oleh
mikroorganisme berlangsung pada tanah berpH>5.
• Kecepatan oksidasi Mn+ meningkat dengan
meningkatnya alkalinitas hingga kira-kira pH 8.
Mn2+ + 2OHMnO2 + H2O
MnO2 yang dibentuk sangat tidak larut.
18
12/5/2014
• Mangan dioksidasi oleh berbagai bakteri
tanah dan akuatik.
• Contoh:
– Arthrobacter, Leptothrix, Bacillus, Cladosporium,
Corynebacterium, Curvularia, Gallionella,
Klebsiella, Metallogenium, Pedomicrobium,
Pseudomonas, dan Sphaerotilus.
• Bakteri pengoksidasi Mn dapat menyebabkan
gejala defisiensi Mn pada tumbuhan.
• Konkresi mangan, atau nodul-nodul sering
ditemukan di dalam tanah yang mengalami
proses siklus oksidasi dan reduksi
19
12/5/2014
Konkresi mangan
20
TRANSFORMASI BESI DAN MANGAN
• Besi dan mangan merupakan unsur mikro
esensial untuk tumbuhan tetapi toksik pada
konsentrasi tinggi.
• Besi dan mangan merupakan logam-logam
transisi pertama dan ketiga terbanyak di kerak
bumi yaitu 5,6 × 104 ppm dan 9.5 × 102 ppm
berturut-turut.
• Fe dan Mn tidak larut di tanah
• Bagaimana mengkonversinya menjadi
bentuk yang larut?
1
12/5/2014
Besi Tanah
• Besi merupakan bagian penting dari reaksireaksi yang menghasilkan energi
• Banyak Fe berasosiasi dengan kloroplas
• Kelarutan sangat rendah
• Sulit untuk mempertahankan Fe larut agar dapat
diabsorpsi oleh tanaman
• Dibutuhkan sangat sedikit oleh tanaman
Fe tanah
• Fe di Larutan Tanah
– pH merupakan pengaruh utama kelarutan besi
• Sangat larut pada pH < 3
• Kelarutannya menurun dengan meningkatnya pH
• Pada pH normal – kelarutan besi sangat rendah
– Fe terutama terdapat pada bahan organik
2
12/5/2014
• Defisiensi P umumnya dijumpai pada
kalkareous
• Kadar P yang tinggi juga bersifat antagonis
dengan Fe
Transformasi Besi
• Di alam, siklus besi terutama terjadi antara
bentuk fero dan feri
• Reduksi Fe3+ terjadi secara kimia dan sebagai
bentuk respirasi anaerob
• Oksidasi Fe2+ terjadi secara kimia dan sebagai
bentuk metabolisme kemolitotropik
3
12/5/2014
• Besi berlimpah di habitat teresterial, tetapi
konsentrasi Fe larut sangat rendah pada
lingkungan aerob termasuk sistem akuatik.
• Besi sering dalam bentuk tidak tersedia bagi
tanaman dan defisiensi yang serius kadangkadang terjadi.
• Besi merupakan unsur yang dengan cepat
mengalami transformasi melalui aktivitas
mikroba.
• Siklus Fe dicirikan dengan oksidasi dan reduksi
senyawa Fe pada tanah dan sedimen.
4
12/5/2014
Transformasi Besi
• Oksidasi dan reduksi mineral-mineral besi,
• Presipitasi mineral-mineral Fe2+ dan Fe3+,
• Kelarutan mineral-mineral besi menjadi
bentuk-bentuk tersedia bagi tanaman, dan
• Mineralisasi besi yang terikat secara organik
Transformasi Fe
5
12/5/2014
Pengaruh mikroorganisme dalam
transformasi besi
1. Bakteri tertentu mampu mengoksidasi besi
fero menjadi bentuk feri, feri dipresipitasi
sebagai feri hidroksida
2. Banyak spesies heterotrof menyebabkan
presipitasi garam besi anorganik yang
terdapat di dalam larutan tanah.
3. Mikroorganisme mengubah potensial oksidasi-reduksi
lingkungannya. Penurunan potensial oksidasi reduksi
menyebabkan mikroba membentuk fero yang lebih
larut daripada ion feri yang sangat tidak larut
4. Bakteri dan fungi menghasilkan asam seperti asam-asam
karbonat, asam nitrat, asam sulfur, dan asam-asam
organik sehingga menyebabkan besi larut ke dalam
larutan tanah akibat meningkatnya kemasaman.
6
12/5/2014
5. Pada kondisi anaerob, sulfida dibentuk dari
sulfat dan senyawa-senyawa S organik
membentuk fero sulfida
6. Pembebasan asam-asam organik tertentu
oleh mikroorganisme dan produk-produk
berkarbon lain dari metabolisme sering
mengakibatkan pembentukan kompleks besi
organik yang larut.
1. Oksidasi Besi
• Pada kondisi beraerasi baik, bakteri
memperoleh energi dari oksidasi Fe2+.
2Fe2+ ½ O2 + 2H+
2Fe3+ + H2O
7
12/5/2014
Beberapa Mikroorganisme
Pengoksidasi Besi
Bakteri pengoksidasi besi asidofil
Ferrobacillus sulfoooxidans
Ferrobacillus ferrooxidans
Leptospirillum
Metallogenium
Sulfolobus
Thiobacillus ferooxidans
Bakteri pengoksidasi besi pH netral
1. deposisi secara langsung pada permukaan sel
Siderococcus
Planctomyces
Peloploca
Hyphomicrobium
Actinomyces sp.
Acholeplasma
Caueococcus
Naumaniella
Ochrobium tactum
Pedomicrobium
Metallogenium
2. deposisi pada lapisan-lapisan polimer
Arthrobacter
Thiopedia
Leptothrix
Sphaerotilus
Clonothrix
Crenothrix
3. Deposisi pada tangkai
Planctomycesd
Gallionella
Toxothrix
Pengaruh Oksidasi Besi
• Mikroorganisme memperoleh energi
• Fe3+ berfungsi sebagai agen penyemen untuk
menstabilkan koloni mikro pada permukaan
padatan
• Pembentukan kondisi masam pada lingkungan
8
12/5/2014
Thiobacillus ferrooxidans mengoksidasi Fe2+ menjadi Fe3+
Dengan membentuk hidroksida besi berwarna kuning-oranye
9
12/5/2014
2. Reduksi Besi
• Reduksi besi feri oleh mikroba menjadi besi
fero merupakan cara utama pelarutan besi.
FeCO3 + CO2 + H2O Fe2+ + 2HCO3-
Mikroorganisme pereduksi besi
• Fungi Alternaria dan Fusarium,
• Bakteri Bacillus, Clostridium, Klebsiella,
Pseudomonas, dan Serratia.
10
12/5/2014
Dampak Reduksi Besi
• Reduksi Fe3+ pada mineral fosfat dapat
menimbulkan pelepasan fosfat
• menimbulkan korosi baja
• Oksidasi dan reduksi besi memainkan peranan
utama dalam proses pembentukan tanah yang
dikenal sebagai gleisasi.
• Gley menunjukkan suatu kondisi dimana Fe di
dalam tanah direduksi
– berwarna hijau keabu-abuan
– menunjukkan masalah drainase.
11
12/5/2014
Status reduksi-oksdasi
• Reduksi – oksigen
dideplesi dari tanah
• Bercak/Gley
• Oksidasi – oksigen
terdapat di tanah, tanah
bersifat aerob, leaching
menyebabkan warna
tanah terang.
23
3. Kelarutan Besi
• Besi feri umumnya tidak larut, tetapi dapat
dilarutkan dengan pemasaman dan
kompleksasi dengan bahan organik.
12
12/5/2014
• Proses pemasaman ini di tanah disebut
podsolisasi.
– Besi feri berkombinasi dengan asam-asam organik
pada tanah-tanah hutan, menjadi lebih larut, dan
berperkolasi ke dalam profil tanah.
– Akhirnya Fe3+ berpresipitasi pada horizon B
dengan membentuk lapisan yang jelas.
Podsolisasi
13
12/5/2014
TRANSFORMASI MANGAN
Mangan Tanah
• Seperti halnya besi, mangan juga lebih larut pada
tanah masam hingga mencapai kondisi toksik
• Dekomposisi bahan organik membantu kelarutan Mn
• Konsentrasi toksik lebih umum dijumpai daripada unsur
mikro lainnya
– Tanah mungkin secara alami memiliki kadar Mn yang tinggi
– Kondisi tersebut memudahkan terjadinya toksisitas
mangan.
14
12/5/2014
Mangan Tanah
– Toksisitas Mn pada tanah dengan kandungan Mn
terjadi pada pH sedikit di bawah 6, kelebihan air,
atau bahkan pada pH tinggi.
– Gejala defisiensi mangan– klorosis daun muda
• Beberapa bentuk anorganik Mn
• oksida/hidroksida seperti manganit
(MnOOH) dan pirolusit (MnO2),
– karbonat (MnCO3), dan
– sulfida (MnS).
Bentuk Mn paling tersedia bagi pertumbuhan
tanaman adalah ion Mn2+ tereduksi.
15
12/5/2014
• Mn2+ dilepaskan melalui pelapukan batuan
beku dan batuan metamorf
• Bentuk Mn ini dioksidasi menjadi Mn3+ dengan
adanya oksigen.
Siklus Redoks Mn
• Mangan di tanah terdapat dalam tiga bentuk
oksidasi: Mn(II), Mn(III) and Mn(IV).
• Tanpa adanya oksigen Mn(II) dijumpai lebih
banyak
• Adanya oksigen, Mn(IV) lebih banyak dan
diikuti oleh Mn(III).
16
12/5/2014
Siklus Redoks Mn
Oksidasi Mangan
• Oksidasi Mn oleh mikroba dan secara kimia
membentuk oksida-oksida mangan yang
relatif tidak larut.
• Oksidasi Mn oleh bakteri terjadi pada tanah
dan sedimen
17
12/5/2014
• Pada dasar laut, adanya aktivitas mikroba
menyebabkan pembentukan nodul-nodul
feromangan.
• Oksidasi Mn di lingkungan dengan pH netral
atau asam diperantarai oleh mikroba.
• Oksidasi Mn2+ secara kimia terjadi hanya pada
pH >8.
• Oksidasi Mn yang diperantarai oleh
mikroorganisme berlangsung pada tanah berpH>5.
• Kecepatan oksidasi Mn+ meningkat dengan
meningkatnya alkalinitas hingga kira-kira pH 8.
Mn2+ + 2OHMnO2 + H2O
MnO2 yang dibentuk sangat tidak larut.
18
12/5/2014
• Mangan dioksidasi oleh berbagai bakteri
tanah dan akuatik.
• Contoh:
– Arthrobacter, Leptothrix, Bacillus, Cladosporium,
Corynebacterium, Curvularia, Gallionella,
Klebsiella, Metallogenium, Pedomicrobium,
Pseudomonas, dan Sphaerotilus.
• Bakteri pengoksidasi Mn dapat menyebabkan
gejala defisiensi Mn pada tumbuhan.
• Konkresi mangan, atau nodul-nodul sering
ditemukan di dalam tanah yang mengalami
proses siklus oksidasi dan reduksi
19
12/5/2014
Konkresi mangan
20
