Propriedades químicas do solo

Propriedades químicas do solo

(Parte 1 de 2)

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PROPRIEDADES QUÍMICAS DO SOLO1

PROPRIEDADES QUÍMICAS DO SOLO 1

1. INTRODUÇÃO 2

2. SUPERFÍCIE ESPECÍFICA 3

3. CARGAS ELÉTRICAS (RECAPITULAÇÃO) 4

3.1. Origem das cargas negativas dos colóides do solo 4

3.1.1. Cargas permanentes 4

3.2 - Origem das cargas positivas dos colóides do solo 7

4. ADSORÇÃO E TROCA DE ÍONS 8

4.1. Fatores que influem na adsorção e troca de íons 9

4.2. Capacidade de troca de cátions no solo (CTC) 11

4.3.CTC das argilas e matéria orgânica 12

4.4. Acidez do solo 13

4.5. Bases trocáveis 18

4.6. Interpretação dos Dados de Análise de S, T (ou CTC) e V 18

5. DISPERSÃO E FLOCULAÇÃO 21

5.6.BIBLIOGRAFIA 23

1. INTRODUÇÃO

O solo, como sistema trifásico, com diferentes constituintes na fase sólida, apresenta um grande número de propriedades químicas próprias, sendo aqui tratadas as mais importantes para sua caracterização e compreensão dos processos pedogenéticos. A sede dos fenômenos químicos e físico-químicos do solo é basicamente a fração coloidal, ou seja, as partículas com diâmetro de 1 micra a 1 nanometro. Abaixo de 1 nanometro estão ao moléculas médias e pequenas, os íons e os átomos. Embora a fração argila do solo seja considerada como partículas menores que 2 micras, pode-se considerar que comporta-se como colóide, para propósito práticos.

A fração coloidal do solo é bastante heterogênea, constituindo-se de partículas de diferentes espécies minerais e de partículas orgânicas, encontrando-se ainda em mistura com as partículas de maior tamanho: mesmo assim não deixa de apresentar as propriedades características dos sistemas coloidais. Uma dispersão de argila em água é referida como suspensão coloidal, e para as dispersões com partículas coloidais, menores que 1 micra, reserva-se o termo “sol” ou solução coloidal. Essa distinção é arbitrária, mesmo assim, considerando que os tamanhos das partículas em dispersões naturais de argila é variável, apresentam certa quantidade de partículas maiores de 1 micra.

A seguir, serão relatadas, as propriedades mais importantes do estado coloidal, visando uma melhor compreensão das propriedades químicas.

2. SUPERFÍCIE ESPECÍFICA

É a superfície das partículas por unidade de peso (expresso em m2/g). As partículas coloidais caracterizam-se por apresentar uma alta superfície específica. A superfície específica determina a amplitude das reações entre a fase sólida e as fases líquidas e gasosas. Varia em função do tamanho e tipo dos minerais. A Tabela 4.1 ilustra o aumento da superfície específica, à medida em que um cubo de um grama é subdividido em partículas da mesma forma, com arestas menores.

Tabela 5.1. Relação entre tamanho de partículas e superfície específica.

Aresta (mm)

Número de partículas

Superfície específica (m2/g)

Fração do solo correspondente

10

1

0,1

0,01

0,001

1

103

106

109

1012

0,0006

0,006

0,06

0,6

6,0

cascalho

areia grossa

areia fina

silte

argila

Nota-se que um grama de argila poderá apresentar superfície específica cerca de mil vezes maior que um grama de areia. O exemplo acima demonstra que a superfície é inversamente proporcional ao diâmetro das partículas. No solo as diferenças são em geral maiores. Os argilominerais expansivos, como a Montmorilonita, além de superfícies externas apresentam superfícies internas situadas entre as camadas desses minerais, sendo assim, sua superfície específica é maior do que os argilominerais não-expansivos, como a caulinita, que tem apenas superfícies externas. (ver capítulo 3)

3. CARGAS ELÉTRICAS (RECAPITULAÇÃO)

Em geral as partículas coloidais apresentam cargas elétricas quando colocadas em um meio líquido polar, como é o caso da água. As cargas elétricas dos colóides podem ser negativas ou positivas.

3.1. Origem das cargas negativas dos colóides do solo

As cargas negativas existentes no solo podem ser classificadas em cargas permanentes e cargas dependentes do pH.

3.1.1. Cargas permanentes

São cargas que não aumentam ou diminuem com pH. Tem origem na substituição isomórfica existente no interior da rede cristalina dos argilominerais. Ocorrem, portanto, nas argilas 2:1, expansivas e não expansivas: Montmorilonita, Vermiculita, Ilita, etc., argilas estas que apresentam alta densidade de cargas, especialmente as duas primeiras.

--------------------------------------------

- Si - O - Al - O - Si - O

--------------------------------------------

- Al - OH - Mg - O - Al - OH

--------------------------------------------

- Si - O - Si - O - Si - O

--------------------------------------------

Figura 5.1.Representação da substituição isomórfica na estrutura dos argilominerais 2:1.

Na figura 5.1 acima representa-se a substituição isomórfica do Si+4 pelo Al+3 na camada tetraédrica e a substituição isomórfica do Al+3 pelo Mg+2 na camada octaédrica. A menor valência do Al e Mg em relação ao Si e Al, respectivamente, dão origem ao déficit de cargas positivas que se traduz no maior número de cargas negativas na partícula. Como o fenômeno ocorre no interior da rede cristalina, as cargas são permanentes, podendo ser apenas balanceadas (neutralizadas) por íons adsorvidos (ou K+ e NH4+ fixados, na Ilita) no caso dos argilominerais.

5.3.1.2. Cargas negativas dependentes de pH

Estas cargas variam com o pH, aumentando à medida em que o mesmo aumenta e diminuindo a medida que o mesmo diminui. São as que ocorrem em maior quantidade em solos tropicais, solos estes que, em sua maioria, possuem argilas do tipo 1:1 e óxidos de Fe e Al no sistema coloidal. O aumento destas cargas com o pH tem grande importância prática tendo em vista a influência na floculação do solo que, por sua vez, influi na estruturação do mesmo. As origens são as seguintes:

a) Ionização das oxidrilas ligadas ao Si, nas arestas quebradas (bordos) das argilas, tanto em argilas 1:1 como 2:1.

Si-OH + OH  -Si-O- + H2O

Al-OH -Al-O-

FIGURA 5.2. Origem das cargas elétricas negativas dependentes do pH em argilomineral 1:1.

Quando o pH for suficientemente elevado poderá ocorrer também nas oxidrilas ligadas ao Al. Localizam-se, portanto, nos bordos das argilas, onde as arestas são quebradas (estrutura interrompida).

b) Superfície de óxidos de Fe e Al - conforme o pH, os óxidos de Fe e Al podem apresentar cargas negativas e positivas (caráter anfótero). Apresenta-se, a seguir, o esquema (FASSBENDER, 1975) (FIGURA 5.3.).

O esquema visto é aplicável também à superfície de óxidos de Al. Quando a carga líquida é igual a zero temos o ponto isoelétrico, ou "ponto zero de carga" (PZC), que corresponde a um determinado pH do solo no qual coexistem cargas negativas e positivas. O número de cargas positivas e negativas é igual.

Adsorção de ânions (tendência a defloculação) pH relativamente baixo

Ponto isoelétrico (ou PZC) (Tedência à floculação)

Adsorção de cátions (Tendência à defloculação) pH relativamente alto

Figura 5.3. Origem das cargas positivas e negativas dependentes do pH em oxidos.

c) Cargas negativas da matéria orgânica - As substâncias húmicas (matéria humificada) apresentam os seguintes grupos funcionais que, ao se ionizarem, apresentam cargas negativas:

Grupos carboxílicos: R - COOH + OH- ======= R - COO- + H2O; fica uma carga negativa para absorver um cátion. (R corresponde a uma molécula orgânica).

Grupos fenólicos: R - OH + OH- ======= R - O- + H2O

Grupos alcoólicos: R - CH2OH + OH- ======= R - CH2O- + H2O

Os grupos carboxílicos são os mais importantes como fontes de cargas negativas, sendo os alcoólicos de menor importância pela baixa capacidade de ionização.

3.2 - Origem das cargas positivas dos colóides do solo

As cargas positivas normalmente ocorrem em menor quantidade que as cargas negativas, mas prestam importante função, de vez que são responsáveis pela adsorção de ânions (muitos dos quais são nutrientes). São sempre dependentes do pH, aumentando à medida em que este diminui. Tem as seguintes origens:

a) Superfície de óxidos de Fe e Al, conforme o esquema já visto anteriormente.

b) Ionização de grupos Al-OH, nas arestas quebradas de argilominerais ou seja, nas extremidades da camada octaédrica, a baixo pH.

c) Matéria orgânica - a matéria orgânica apresenta grupos amínicos (NH2) que, a baixo pH, podem se ionizar originando cargas positivas:

4. ADSORÇÃO E TROCA DE ÍONS

As propriedades de adsorção e troca de íons do solo resultam basicamente da interação entre a fase líquida e a fase sólida coloidal do solo. Denomina-se adsorção e troca de íons ao processo reversível pelo qual os íons da solução do solo são adsorvidos pelas partículas coloidais, deslocando outros previamente adsorvidos e de carga elétrica de mesmo sinal. É possível haver troca direta entre íons de duas partículas desde que estejam muito próximas, porém isto deve ocorrer em quantidades muito pequenas. O fenômeno de adsorção é característico de sistemas coloidais, ainda que no solo possa ocorrer com partículas de tamanho maior mas em quantidades muito pouco significativas. Este fenômeno é, sem dúvida, o evento físico-químico de maior importância no solo. Graças à adsorção os nutrientes podem permanecer no solo de forma disponível às plantas; mas, ao mesmo tempo, essa retenção é suficientemente forte para impedir de serem carregados pelas águas que se infiltram no solo. As cargas elétricas apresentadas pelos colóides do solo são responsáveis pela adsorção de íons. Normalmente predominam as cargas negativas nos colóides do solo. O esquema da Figura 5.4 ilustra o processo de adsorção.

Conforme a Figura 5.4(a), os íons na fase líquida (solução do solo) estão em equilíbrio com os íons adsorvidos aos colóides. A retirada dos íons na fase líquida provocará uma reposição a partir da desadsorção dos íons adsorvidos, tendendo a se refazer o equilíbrio. Os íons da solução existem em quantidades bem menores, conforme pode ser observado na Tabela 2.

4.1. Fatores que influem na adsorção e troca de íons

Os diversos fatores que influem na adsorção e troca e íons serão relatados brevemente, visando uma maior compreensão do fenômeno de adsorção e troca, assim como o entendimento de certos processos pedogenéticos como lixiviação, gênese de argilas, etc. Inicialmente será discutida a adsorção de cátions:

a) Valência do cátion: quanto maior a valência, mais fortemente adsorvido será o cátion. O H+ é fortemente adsorvido, comportando-se como se fosse polivalente.

b) Hidratação do íon: quanto maior o grau de hidratação, menos fortemente o cátion será adsorvido. A seguir apresenta-se a sequência de hidratação de cátions mono e divalentes.

Li+ > Na+ > K+ > NH+4 > Rb+ > Cs+

Diminui a hidratação e aumenta a força de adsorção

Mg++ > Ca++ > Sr++ > Ba++

Segundo a sequência, nota-se que o Cs+ é o mais fortemente adsorvido entre os monovalentes e o Ba++ entre os divalentes.

Tabela 5.2. Cátions trocáveis e na solução em dois solos com diferentes tipos de argila. (Disciplina de Química do Solo. UFSM - MORELLI, M., BONFANTE, D., NOLLA, D., 1981)

Solo

Cátion

cátion trocável

Cmolc/Kg

cátion na solução

Cmolc/Kg

% na solução

Escobar

(Vertissolo)

Ca++++

Mg++

K+

Na+

37,74

5,81

0,18

0,18

0,082

0,028

0,005

0,036

0,21

0,48

2,77

20,00

Passo Fundo

(Latossolo)

Ca++

Mg++

K+

Na+

3,27

1,83

0,15

0,05

0,060

0,050

0,010

0,008

1,89

3,29

6,66

16,00

c) Concentração da solução do solo: a concentração de um cátion na solução do solo (ou solução intermecilar) provocará uma maior adsorção do mesmo, deslocando os demais adsorvidos que estejam em menor concentração. Este fator é muito usado na realização de análises químicas de solo (análise da CTC, bases trocáveis e acidez de troca).

d) tamanho do cátion: quanto maior o cátion, mais fortemente o mesmo será adsorvido.

e) Seletividade do colóide: certas argilas evidenciam maior preferência para a adsorção de certos cátions, conforme apresentando abaixo:

Ilita: Al > K > Ca > Mg > Na

Caulinita: Ca > Mg > K > Al > Na

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