UNIVERSIDADE COMUNITÁRIA DA REGIÃO DE CHAPECÓ UNOCHAPECÓ
-PROPRIEDADES QUÍMICAS
DO SOLO -
Profa. Carolina R. Duarte Maluche Baretta
[email protected]
Chapecó – SC, Setembro de 2013
Composição geral de um solo
5%
25%
45%
25%
ar
água
minerais
M.O.
FASE SÓLIDA MINERAL
Classes de tamanho de partículas minerais do solo
Partícula
Matacão
Calhau
Cascalho
Diâmetro (mm)
> 200
200 - 20
20 - 2
Areia
2 – 0,05
Silte
0,05 – 0,002
Argila
< 0,002
FASE SÓLIDA
- Controla em grande parte a composição da solução
do solo;
- Principal fonte natural dos íons que as plantas
precisam;
- Mesmo quando adicionado pelo homem, a fase
sólida se comporta com um depósito de nutrientes;
- Cátions adsorvidos as cargas negativa e ânions as
cargas positivas da fase sólida;
Cátion adsorvido
em sítios de troca
Cátions na
solução do solo
Areia
NH4+ 2+
+
Ca
Argila
K
+
K
K+
Mg2+
2+
Ca
M.O
H+
2+
Ca
+ - H+
K
NO
3
- H+
Mg2+
Areia
Principais propriedades químicas do solo
 CTC – capac. de troca de cátions do solo (cargas)
 pH do solo
 Poder tampão do solo
Propriedades químicas do solo
1. ÁREASUPERFICIAL ESPECÍFICA
Propriedades químicas do solo
1. ÁREASUPERFICIAL ESPECÍFICA
Propriedades químicas do solo
2. CARGAS ELÉTRICAS
De onde vem as cargas elétricas ?
Propriedades químicas do solo
2. CARGAS ELÉTRICAS
De onde vem as cargas elétricas ?
CARGAS ELÉTRICAS DO SOLO
IMPORTÂNCIA:
1. Retenção dos elementos químicos
2. Trocas químicas
3. Interações colóide-colóide
OCORRÊNCIA:
- As cargas ocorrem em muito maior número
na MOS e na fração argila (minerais
geralmente pedogênicos e de alta ASE)
TIPOS DE CARGAS ELÉTRICAS
Permanentes
NEGATIVAS
CARGAS
ELÉTRICAS
Dependentes de pH
POSITIVAS
Dependentes de pH
CARGAS ELÉTRICAS
Permanentes
NEGATIVAS
CARGAS
ELÉTRICAS
Origem na substituição isomórfica de átomos na rede
cristalina dos minerais
Como o nome sugere, são imutáveis ou permanentes.
CARGAS ELÉTRICAS
Permanentes
NEGATIVAS
CARGAS
ELÉTRICAS
A formação de cargas negativas permanentes ocorre em dois
casos específicos:
a) Substituição de Si+4 por Al+3 nos tetraedros
b) Substituição de Al+3 por Mg+2 nos octaedros
As substituições causam um déficit de cargas positivas,
aumentando o número de cargas negativas
Propriedades químicas do solo
2. CARGAS ELÉTRICAS
Substituição isomórfica
Alumínio 3+
Silício 4+
Principais substituições: geram cargas
negativas .
•Tetraedros de sílica
Si4+ → Al3+
•Octaedros de alumina
Al3+ → Fe2+
Al3+ → Mg2+
Cargas permanentes ou constantes
Principal processo: substituição isomórfica ou
iônica (termo mais adequado).
 Características:
•Íons de tamanhos semelhantes e cargas
diferentes ;
•Formam-se cargas permanentes;
•Principal fonte para argilas 2:1.
Origem das Cargas dependentes do pH
Dissociação do H+ dos radicais OH- das
bordas das argilas silicatadas e dos óxidos de
Fe e Al - PROTONAÇÃO.
 CTC variável;
 Depende do pH;
 Ocorre em todos os filossilicatos,
importante para os 1:1, óxidos e
hidróxidos de Fe e Al e colóides
orgânicos.
Propriedades químicas do solo
2. CARGAS ELÉTRICAS
Exemplo na borda de uma argila 1:1
-----------------
- Si – OH
---------------
- Si- O-
------------------ + OH → --------------- + HOH
-Al – OH
- Al - OH
-----------------Mesmo para óxidos de Fe e Al
(FeOH + 3OH= FeO + 3H2O)
Importante em solos intemperizados, pois as cargas negativas
dependerão da manutenção do pH alto (dependentes do manejo)
Propriedades químicas do solo
2. CARGAS ELÉTRICAS
GERAÇÃO DE CARGAS NEGATIVAS
NA MATÉRIA ORGÂNICA
• Principais grupos: carboxílico e fenólico
-Carboxílico : R – COOH
- Fenólico :
R – COO- + H+
OH O- + H+ O O
Propriedades químicas do solo
2. CARGAS ELÉTRICAS
GERAÇÃO DE CARGAS NOS ÓXIDOS E
HIDRÓXIDOS DE Fe E DE Al
• Importantes em solo tropicais altamente
intemperizados ;
• Apresentam caráter anfótero (anfi = duplo):
podem ter balanço positivo ou negativo de
cargas .
Origem das cargas positivas
- Somente existem cagas positivas DEPENDENTES DE pH
- Ocorrem nos mesmos radicais das cargas negativas
dependentes de pH, somente são geradas quando pH do
solo baixa (torna-se ácido). Ex. borda argilas 1:1
------------------------------- Si – OH
- Si- OH
------------------ + H → ---------------Al – OH
- Al – OH2+
-----------------Mesmo para óxidos de Fe e Al
A CTC deve-se a:
• Conteúde de M.O;
• Conteúdo de argila;
• Tipo de argila
– Montmorilonita
alta CTC
– ilita
mod. CTC
– Caulinita
baixa CTC
Aplicações práticas
Solo com baixa CTC
Solo com alta CTC
Alto
maior
Conteúdo de Argila
Baixo
Necessidade de
calário
menor
Maior capacidade Nutrição de plantas Lixiviação facilitada
Alta capacidade
Retenção de água
Baixa capacidade
Capacidade de troca de cátions
(CTC)
• Habilidade do solo em adsorver e trocar
– Íons são átomos com cargas elétricas
Cátions
Ânions
Ca2+, Mg2+
SO42-, PO43-
Na+, K+
Cl-, NO3-
• Colóides com cargas (-) (MO e argilas) atraem
adsorvem cátions
CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS – CTC
CTC - expressa o número de mols de cargas
negativas por unidade de massa ou volume.
Unidades: mmolc kg-1 (massa), mmolc dm-3 (volume)
Unidades antigas (até 1996): (meq 100g-1) = (1 meq 100
g-1 = 10 mmolc kg-1) - massa (meq 100cm-3) = (1 meq
100 cm-3 = 10 mmolc dm-3) - volume
• Reações de troca de cátions são baseadas em
carga por carga (e não íon por íon).
O que são cátions ácidos
e cátions básicos
Cátions ácidos: são aqueles que se encontram
como ácidos, capazes de liberar prótons (H+):
Al3+ [Al3+ +3H2O → Al (OH)3 + 3H+]
Cátions básicos: são aqueles que se comportam
como bases.
Exemplos: Ca2+, Mg2+, K+
Estimativa da CTC Exemplos:
a)Um Chernossolo cultivado, localizado em Iowa-USA (pH 7;
20% de argila e 4 % de matéria orgânica);
•Argila do tipo 2:1 com CTC média de 800 mmolc kg-1.
•Matéria orgânica com CTC de 2.000 mmolc kg-1
•1 kg de solo tem 0,2 kg de argila e 0,04 kg de matéria orgânica:
Oriunda do teor de argila:
0,2 kg x 800 mmolc kg-1 = 160 mmolc
Oriunda da Matéria Orgânica:
0,04 kg x 2.000 mmolc kg-1 = 80 mmolc
Assim, a CTC total do Chernossolo é:
160 + 80 = 240 mmolc kg-1
b) Um Latossolo localizado em uma área de floresta virgem na
região amazônica, no Brasil (pH = 4; 60 % de argila e 4 % de
mat. orgânica).
• CTC dos minerais de argila (Caulinita) + Óxidos de Fe e Al é 30
mmolc kg-1.
• CTC da matéria orgânica em solos muito ácidos = 1.000 mmolc
kg-1
• 1 kg de solo tem 0,60 kg de argila e 0,04 kg de matéria orgânica.
Oriunda do teor de argila:
0,6 kg x 30 mmolc kg-1 = 18 mmolc
Oriunda da Matéria Orgânica:
0,04 kg x 1.000 mmolc kg-1 = 40 mmolc
Assim, a CTC total do Latossolo é:
18 + 40 = 58 mmolc kg-1
Capacidade de troca catiônica dos solos
• CTC – relacionada às quantidades dos
colóides no solo e a CTC desses colóides.
• CTC originada do húmus: papel dominante
nas reações de troca de cátions no solo,
principalmente dos tropicais altamente
intemperizados.
PONTO DE CARGA ZERO (PCZ)
• É o valor de pH onde os colóides do solo
apresentam o mesmo número de radicais com
cargas negativas e positivas
Definição: Valor de pH em que a
superfície de determinado colóide
(orgânico ou inorgânico) tem carga
nula.
PONTO DE CARGA ZERO (PCZ)
• Quando um solo está com pH acima do PCZ há
um maior número de cargas negativas em
relação às positivas (CTC > CTA) – situação
comum nos solos do Sul do Brasil
• Quando um solo esta abaixo de seu PCZ há um
maior número de cargas positivas em relação
às negativas (CTA > CTC) – situação rara nos
solos do Sul do Brasil.
Valores comuns de PCZ de solos
Camada superficial: PCZ na faixa de 3 a 4.
Camada subsuperficial: geralmente os
valores de PCZ se mantém na faixa de 3 a 4,
mas podem ser mais altos, dependendo
principalmente dos teores de óxidos de Fe e
de Al.
DISPERSÃO E REPULSÃO
Propriedades químicas do solo
3. ADSORÇÃO E TROCA DE ÍONS
 ADSORÇÃO
• DESSORÇÃO
ADSORÇÃO E TROCA DE ÍONS
• Adsorção é a ligação química ou atração dos
íons da solução do solo nos colóides do solo
(Fenômeno químico, atração elétrica);
• A adsorção é reversível →HÁ TROCAS → CTC
• Formação de uma NUVEM DE ÍONS.
ADSORÇÃO E
TROCA DE ÍONS
Enxame de
íons
difusíveis
Difusão:
fenômeno
químicos de
atração
elétrica
CTC
ADSORÇÃO E TROCA DE ÍONS
Complexação (ocluso e fixado), quelação
e precipitação.
Adsorção ou troca de íon = acúmulo de íons
ou moléculas na superfície de uma partícula
1.Eletrovalente ou iônica = atração por cargas
elétricas ;
2. Covalente = Reação íntima entre o íon e a
superfície do colóide .
LIGAÇÃO IÔNICA
• relativamente fraca;
• elétrons não são compartilhados ;
• água de
permanece;
hidratação
ou
solvatação
• exemplos: - cátions trocáveis: cálcio,
magnésio, potássio; - alguns ânions: nitrato,
carbonato, fluoreto
LIGAÇÃO COVALENTE
• reação mais íntima;
• elétrons são compartilhados ;
• sem água de hidratação;
• adsorção é chamada específica;
• exemplos: - alguns metais pesados:
Cu, Pb, Cd - ânions derivados de
ácidos polipróticos ex.: fosfato
Adsorção específica e não-específica
Energia de adsorção
FATORES QUE AFETAM:
-Valência do íon (H+ exceção)
-Grupo periódico
-Tamanho do íon
-Hidratação do íon
-Concentração do íon
-Seletividade do colóide
Cátions: Al3+ = H+=Fe3+>Zn2+= Cu2+=Mn2+=Fe2+ >
Ca2+ >Mg2+ >NH4+ >K+ >Na+
Ânions: PO43->MoO42- >SO42- >NO3-=Cl-
Adsorção de íons no solo
Adsorção de íons no solo
PODER TAMPÃO DO SOLO
Capacidade do solo em manter em equilibrio uma grande
quantidade de íons adsorvidos à fase sólida e uma
pequena quantidade na fase líquida.
Quando a fase líquida é enriquecida, a fase sólida adsorve
os íons em excesso. Quando são retirados íons da fase
liquida (adsorção ou lixiviação) a fase sólida desorve íons e
os repõe.
Detalhamento - Interpretação dos resultados de análise de
solo