propriedades físicas e químicas do solo

propriedades físicas e químicas do solo

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1. Composição do Solo

Um solo mineral, próximo à superfície, com condições físicas ótimas para o crescimento vegetal, apresenta, aproximadamente, a seguinte composição volumétrica: 50% de espaço poroso, ocupados por partes iguais de ar e de água, 45 - 48% de sólidos minerais e 2 até 5% de matéria orgânica. Têm-se, normalmente, então, 50 % constituídos pela fase sólida, 25% pela fase líquida e 25% pela fase gasosa.

2. Frações Granulométricas do Solo

A fase sólida é constituída de agregados que se apresentam, até certo ponto, individualizados. Os agregados são formados de partículas unitárias, cimentadas entre si por matéria orgânica, óxidos de Fe e Al, sílica etc. As partículas individuais são obtidas após a dispersão dos agregados. Limites de tamanho definem as partículas como pertencentes a diferentes frações. Esses limites são estabelecidos pela classificação de Atterberg ou classificação internacional (Figura 1).

Terra Fina

Argila Silte Areia muito fina

Areia fina Areia média Areia grossa Areia muito grossa

Cascalho

Limites de tamanho (em m)

< 0,002 0,02 0,05 0,2 0,5 1,0 2,0 >

Figura 1. Limites de tamanho das partículas constituintes da fase sólida do solo. Fonte: FNIE, (1974); Murphy, (1980).

3. Sistema Coloidal

O solo é considerado um sistema coloidal1 pois é constituído de uma fase, sólida com acentuada subdivisão, dispersa em um meio de dispersão, constituido pela água (solução do solo) e ar (atmosfera do solo). Nesse sistema ocorrem reações químicas, físico-químicas e microbiológicas da maior importância para o solo. É na fase dispersa que se encontra a fração argila, incluindo partículas de até 2 µm, o que não a caracterizaria como coloide sob o aspecto fisico-químico.

4. Propriedades de um Sistema Coloidal

Grande Superfície Específica

O termo superfície específica refere-se à área pela unidade de peso do material considerado (solo como um todo, fração argila apenas, matéria orgânica etc.) e é, usualmente, expressa em metros quadrados por grama.

Deve-se, esperar grandes variações entre solos quanto às suas superfícies específicas. Entre os fatores responsáveis por essas variações, encontram-se: a textura ou granulometria, os tipos de minerais de argila e o teor de matéria orgânica.

Em virtude do menor tamanho da fração argila do solo, em relação às outras frações, pode-se deduzir que esta fração, de natureza coloidal, contribui em maior proporção com o valor da superfície específica do solo. Quanto ao tipo de mineral de argila presente, sabe-se, por exemplo, que a caulinita apresenta superfície específica de 10 a 30 m2/g, os óxidos de Fe de 100 a 400 m2/g, e a montmorilonita, no outro extremo, de 700 a 800 m2/g, segundo citações de Grohmann (1975). É de se esperar, portanto, que solos tropicais, que têm nos óxidos e na caulinita os maiores constituintes da fração argila, tenham menor superfície específica, em geral, que solos de regiões temperadas, onde há predominância de montmorilonita e de outras argilas silicatadas mais ativas (Quadro 1).

Quanto à matéria orgânica presente, embora ocorra na maioria dos solos em proporções relativamente pequenas, contribui, significativamente, para o valor da superfície específica do solo, devido ao seu alto grau de subdivisão. Um solo com maior teor de matéria orgânica deverá ter maior superfície específica que

1 Colóide ou sistema coloidal pode ser definico como materiais em um fino estado de subdivisão, denominada fase dispersa (partículas) dispersos em um meio homogêneo, denomiando dispersante (ar água, por exemplo), sendo que a dimensão da fase dispersa varia entre 10-4 e 10-1. µm (Silva, 1969).

outro com menor teor, se outras características, como tipo e quantidade de argila, forem mantidas constantes.

Quadro 1 Superfície específica dos principais componentes da fração argila do solo

Constituintes da fração argila Superfície específica m2 /g

Gibbsita 1 - 2,5

Caulinita 10 - 30 Goethita 30 Mica hidratada 100 - 200 Óxidos de ferro 100 - 400 Montmorilonita 700 - 800

Matéria orgânica ±700*

* Muito variável Fonte: Grohmann (1975) citando vários autores.

Cargas Elétricas

Propriedade muito importante de uma dispersão coloidal é a presença de cargas elétricas. As partículas coloidais do solo, as argilas de modo geral, são eletronegativas. Embora possam, também, possuir cargas positivas, estas são, normalmente, em menor número que as negativas. Em alguns solos, com um grau de intemperismo bastante adiantado, pode-se encontrar um maior número de cargas positivas do que negativas, entretanto, tal situação não é representativa do normalmente observado.

Cinética

As partículas dispersas em meios líquidos apresentam movimentos (Shaw, 1975). O movimento browniano é caracterizado pelo movimento brusco, irregular e em zigue-zague de partículas individuais no meio de dispersão. Esse movimento deve-se à energia cinética das partículas. O movimento de difusão é conseqüência da migração de partículas de uma região de maior concentração para outra de menor concentração. Há, também, o movimento ocasionado pela força gravitacional, responsável pela sedimentação de partículas.

5. Mineralogia da Fração Argila

1. Argilas Silicatadas

Dentro da fração argila (partículas menores que 2 µm), as argilas silicatadas são os constituintes mais comuns em solos de regiões temperadas, ainda não sujeitos a um estágio avançado de intemperismo.

As argilas silicadas são constituídas de duas unidades estruturais básicas. Uma é o tetraedro de sílica, formado por ligações de um átomo de Si a 4 átomos de oxigênio:

A outra unidade é constituída pelo octaedro de alumina, formado por um átomo de Al e seis átomos de oxigênio:

Os tetraedros podem ligar-se entre si, formando uma camada contínua, seguindo duas direções no espaço, constituindo a estrutura dos filossilicatos. A ligação dos octaedros entre si também dá origem a uma camada semelhante à anterior.

O número de camadas de tetraedros para camadas de octaedros, por unidade componente de um cristal de argila silicatada, é uma característica básica de identificação dos principais grupos de argilas silicatadas (Pinto, 1967; ANDA, 1975; Moniz, 1975).

Principais Grupos de Argilas Silicatadas

Caulinita

Caracteriza-se por um arranjo com uma camada de tetraedros e uma de octaedros, ligadas entre si, rigidamente, pelos átomos de oxigênio comuns ás duas camadas, constituindo uma unidade cristalográfica. Unidades assim formadas e rigidamente ligadas entre si por pontes de hidrogênio constituem o grupo das caulinitas ou o grupo das argilas do tipo 1:1 (Figura 3.3). São hexagonais e de tamanho grande, o que condiciona pequena superfície específica.

Figura 2. Representação esquemática das argilas do grupo da caulinita (tipo 1:1).

Montmorilonita

Caracteriza-se por unidades constituídas por um arranjo com duas camadas de tetraedros para uma de octaedros, ligadas rigidamente pelos átomos de oxigênio comuns às lâminas. São também denominadas argilas do tipo 2:1. As unidades são frouxamente ligadas entre si por moléculas d'água e cátions presentes na solução, o que permite que a distância entre elas seja variável. Como conseqüência, cátions e moléculas podem se mover entre essas unidades, o que proporciona tanto uma superfície total (a interna mais a externa) como uma superfície específica bem maiores do que para a caulinita (Figura 3.4). Com a hidratação deste material, há aumento da distância entre as unidades, o que justifica a classificação desta argila como expansiva. Com a desidratação, ocorre o inverso: aquela distância diminui, havendo uma contração do material. Solos que apresentam conteúdo significativo de argilas expansivas apresentam, geralmente, quando secos, superfície trincada, com fendas que contornam diferentes formas geométricas. Com a reidratação, tais fendas desaparecem devido à expansão do material. Como toda a sua superfície apresenta cargas negativas, este colóide possui elevada capacidade de adsorção de cátions.

Figura 3. Representação esquemática das argilas do grupo da montmorilonita (tipo 2:1).

Ilita

O grupo da ilita, ou mica hidratada, apresenta a mesma organização estrutural que a montmorilonita (tipo 2:1), exceto no que diz respeito às ligações entre as unidades cristalográficas. A existência de "deficit" de carga positiva na camada de tetraedro conduz à existência de excesso de cargas negativas que são neutralizadas, geralmente por íons de K, fortemente retidos entre duas unidades. Essas ligações diminuem intensamente a expansão do material quando sujeito à hidratação. A superfície de adsorção catiônica é, conseqüentemente, menor do que a da montmorilonita.

Outros Grupos de Argilas Silicatadas

A presença mais freqüente de vermiculita (tipo 2:1), argila silicatada semelhante à montmorilonita, embora não tão expansiva como esta, em solos de regiões temperadas, diz sobre sua menor resistência ao intemperismo, do que a caulinita, por exemplo, tão freqüente em solos de regiões tropicais. A clorita difere das demais estudadas por apresentar, além do grupo 2:1 de talco (com unidade cristalográfica similar à da montmorilonita, mas com Mg dominando a camada de octaedros), uma camada adicional de brucita (Mg(OH)2). A superfície específica e a capacidade de troca catiônica são semelhantes às da ilita.

2. Argilas Não Silicatadas - Óxidos de Fe e de Al e colóides orgânicos

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