Siklus secara biogeokimia : BESI

besi Elemen paling banyak pada kerak bumi Minor komponen di dalam sistem aquatik karena sifat relatif tidak larut Hadir dalam 2 kondisi oksidasi ferro (+II) dan ferri (+III) Bentuknya di alam dipengaruhi oleh pH dan oksigen Karena potensial reduksi yang tinggi dari Fe3+/ Fe2+, + 0,77V, maka hanya elektron akseptor yang mampu mengoksidasi besi ferro adalah oksigen, O2 Pada pH netral, besi ferro teroksidasi secara spontan menjadi besi ferri, bentuk yang sangat tidak larut mengendapkan ferri hyrooksida dan ferri oksida

Bakteri reduksi & oksidasi besi Besi ferri teroksidasi menjadi ferro yang membuatnya menjadi larut. Karena Fe3+ jumlahnya banyak dalam berbagai habitat, maka reduksi merupakan bentuk utama dari respirasi anaerobik Ferri dapat berfungsi sebagai elektron akseptor untuk metabolisme energi dari jamur tertentu dan dalam variasi yang luas baik untuk bakteri khemoorganotroph dan khemolithotroph Reduksi potensial dari pasangan Fe2+/Fe3+ sangat elektropositif (E0’=0,77 V pada pH 2, E0’=0,2 V pada pH 7), karena itu, reduksi Fe3+ dapat bergandengan dengan oksidasi dari beragam jenis elektron donor baik inorganik maupun organik.

Bakteri reduksi & oksidasi besi Beberapa senyawa organik termasuk aromatik dapat dioksidasi secara anaerobik oleh pereduksi besi Ferri dengan perkiraan elektron bergerak melalui ikatan elektron transport yang mana mengakhiri kegiatan yang terjadi dalam sistem besi ferri reduktase. Aliran elektron menyebabkan proton gradien yang kemudian dapay digunakan untuk menghasilkan ATP Beberapa penelitian mengenai energetik dari reduksi besi ferri yang telah dilakukan dengan menggunakan bakteri gram negatif (G-) Shewanella putrefaciens, dimana Fe3+ pertumbuhan pada kondisi anaerob terjadi pada berbagai donor elektron organik. Besi ferri merupakan metal yang terdapat dalam tanah dan batuan, dan reduksinya menyebabkan terproduksi besi ferro, bentuk besi yang lebih larut, dan merupakan proses yang penting pada geokimia

Fe2+ + ¼ O2 + 2½H2O+  Fe(OH)3 + 2H+ Reduksi besi feri terjadi pada tanah tergenang, bogs dan sedimen danau anoxic Pergerakan air tanah yang kaya besi dari bogs anoxic atau tanah tergenang dapat menyebabkan pergerakan besi ferro dalam jumlah yang berarti Ketika air iron-laden (mengandung besi) mencapai bagian oxic, besi ferro secara cepat teroksidasi secara spontan dan senyawa besi mengendap, menyebabkan terbentuk deposit coklat reaksi lengkap sbb: Fe2+ + ¼ O2 + H+  Fe3+ + ½ H2O Fe3+ + 3H2O  Fe(OH)3 + 3H+ kesimpulan Fe2+ + ¼ O2 + 2½H2O+  Fe(OH)3 + 2H+

Walaupun bentuk besi ferri membentuk hydroksida sangat tidak larut , beberapa besi ferri tetap berada dalam larutan/air di alam dengan membentuk kompleks dengan bahan organik. Jika organisme ada yang dapat mengoksidasi senyawa organik, maka besi akan terendap (presipitasi) Kejadian ini merupakan mekanisme utama dari presipitasi besi pada lingkungan ber pH netral. Sebagai tambahan pada kondisi pH netral, organisme seperti Gallionella dan Leptothrix berkontribusi pada oksidasi ferri , yang merupakan menghasilkan energi Pada pH netral dalam kondisi anoxic yang mendapat cahaya , maka bakteri photoautotroph anoxygenic dapat mengoksidasi Fe2+ menjadi Fe3+

OKSIDASI FERRO PADA pH RENDAH Pad pH rendah atau keadaan masam, proses oksidasi ferro secara kimiawi melambat. Tetapi khemolithotroph acidophilik Thiobacillus ferrooksidans mampu mengkatalis oksidasi T. ferrooksidans mengoksidasi ferro sebagai proses penghasil energi utamanya. Karena sangat sedikit energi yang dapat dihasilkan dari oksidasi ferro, maka bakteri ini harus mengoksidasi dalam jumlah yang banyak agar bisa tumbuh berkembang Bakteri pengoksidasi besi hidup pada pH rendah, dan terdapat pada drainase dari pertambangan yang berpH rendah dan pada sumber air panas masam, dan pemeran utama dari Bakteri ini dapat hidup pada kondisi terdapat asam sulfur. Pada kondisi ini endapan yang terjadi bukan dalam bentuk hidroksida tetapi dalam bentuk mineral sulfat kompleks disebut jarosite [HFe3(SO4)2(OH)6]

Thiobacillus ferrooxidans Ferro  ferri + e Sumber enerji Thiobacillus ferrooxidans Bakteri pengoksidasi Fe yang bersifat acidophilik (menyenangi kondisi masam/pH rendah) dinamai Acidithiobacillus ferrooxidans 12 FeSO4 + 3O2 + 6H2O  4Fe2(SO4)3 + 4Fe(OH)3 Oksidasi Fe3+ secara kimiawi akan berlangsung cepat pada kondisi aerob dan pada pH >3 dan merupakan langkah utama pada proses oksidasi Fe3+.

Bakteri acidophilik pengoksidasi Fe lainnya adalah Leptospirillum ferrooxidan, Sulfolobus spp dan Acidianus spp. Leptospirillum ferrooxidan mengoksidasi Fe untuk enerji tetapi tidak dapat mengoksidasi S yang tereduksi. Sulfolobus acidocaldarius dan Acidianus brierleyi (dulu S. brierleyi) merupakan bakteri pengoksidasi Fe yang bersifat thermophilik, dan keduanya termasuk pada Archaea.

OKSIDASI PYRITE PYRITE, merupakan bentuk dari besi dan sulfur di alam (FeS2) Merupakan Kristal hasil reaksi S dengan ferro sulfida (FeS) membentuk struktur kristal yang sangat tidak larut Oksidasi pyrite oleh bakteri merupakan proses penting disebut dengan microbial leaching of ores Oksidasi pyrite merupakan kombinasi dari reaksi katalis secara kimia dan biologi 2 elektro akseptor dari reaksi ini dapat berfungsi: molekul oksigen (O2) dan ion ferri (Fe3+), namun ion ferri hanya ada pada kondisi masam, pH < 2,5, besi ferri akan bereaksi dengan air untuk membentuk ferri hydroksida tidak larut pada pH >2,5

Ketika pyrite terekspos akibat kegiatan penambangan maka reaksi secara kimiawi dengan molekul oksigen akan terjadi dengan reaksi sbb : FeS2 + 3½O2 + H2O  Fe2+ + 2SO42- + 2H+ Reaksi ini disebut reaksi initiator (pemrakarsa), yang cenderung menyebabkan kondisi menjadi masam dimana besi ferro terbentuk lebih stabil dengan kehadiran oksigen. Namun T. ferrooksidans mengkatalis ion ferro menjadi ion ferri. Ion ferri pada kondisi masam, menjadi larut dan siap untuk bereaksi secara spontan dengan pyrite untuk mengoksidasi pyrite menghasilkan ion ferro plus ion sulfat : FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O  15Fe2+ + 2SO42- + 16H+

Ion ferro terbentuk teroksidasi membentuk ion ferri lagi oleh bakteri, dan ion ferri bereaksi lagi dengan pyrite Reaksi ini terjadi secara progressive, terjadi terus menerus semakin cepat dan disebut siklus propagation Pada kondisi alami ada kemungkina ion ferro yang dihasilkan bakteri tercuci diangkut oleh ait bawak tanah ke danau atau sungai.

Soal : 1.Apakah bentuk besi pada mineral Fe(OH)3 (ferri atau ferro) 2. Apakah bentuk besi pada mineral FeS(ferri atau ferro) 3. Bagaimana Fe(OH)3 terbentuk 4. Kenapa oksidasi Fe2+ pada kondisi anoxic terjadi pada pH masam