Baixe Propriedades químicas do solo e outras Notas de estudo em PDF para Agronomia, somente na Docsity! PROPRIEDADES QUÍMICAS DO SOLO1 1 1. INTRODUÇÃO...................................................................................................... 2 2 2. SUPERFÍCIE ESPECÍFICA................................................................................... 2 3 3. CARGAS ELÉTRICAS (RECAPITULAÇÃO)..................................................... 3 3.1 3.1. Origem das cargas negativas dos colóides do solo.............................................. 4 3.2 3.1.1. Cargas permanentes.......................................................................................... 4 3.3 3.2 - Origem das cargas positivas dos colóides do solo.............................................. 7 4 .................................................................................................................................... 5 4. ADSORÇÃO E TROCA DE ÍONS........................................................................ 7 5.1 4.1. Fatores que influem na adsorção e troca de íons................................................. 8 5.2 4.2. Capacidade de troca de cátions no solo (CTC).................................................... 11 5.3 4.3.CTC das argilas e matéria orgânica...................................................................... 12 5.4 4.4. Acidez do solo...................................................................................................... 12 5.5 4.5. Bases trocáveis..................................................................................................... 16 5.6 4.6. Interpretação dos Dados de Análise de S, T (ou CTC) e V................................. 17 6 5. DISPERSÃO E FLOCULAÇÃO........................................................................... 20 7 5.6.BIBLIOGRAFIA.................................................................................................. 21 PAGE 1 1 Material adaptado da Apostila Didática elaborada pelo Prof. Maurélio Morelli, Dpto Solos/ CCR/ UFSM 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 PAGE 1 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 F 0D B -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 PAGE 1 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 PAGE 1 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 PAGE 1 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 Montmorilonita: Ca > Mg > H > K > Na Matéria Orgânica: Mn > Ba > Ca > Mg > NH4 > K > Na f) Cátion complementar: a substituição de um determinado cátion adsorvido (x) por um outro (y) depende também da quantidade de outros que estejam adsorvidos ou em solução. A discussão desse item foge ao objetivo da disciplina. Os fatores relatados explicam porque existem mais Ca e Mg que K e Na nos dados apresentados anteriormente para os solos Escobar e Passo Fundo (Tabela 4.2.). Explicam também porque as porcentagens na solução são menores para o Ca e Mg que para o K e Na. O fato de o solo Passo Fundo ter maior porcentagem de Ca e Mg na solução do solo, em comparação com o Escobar, demonstra a menor seletividade do sistema coloidal daquele solo (óxidos e PAGE 1 caulinita) por estes cátions em relação ao sistema coloidal do solo Escobar (montmorilonita). Quanto aos fatores que influem na adsorção de ânions, pode- se considerar que são os mesmos que influem na adsorção de cátions. Abaixo apresenta-se a sequência de adsorção dos principais ânions existentes no solo: Cl- = NO3- < SO4-2 < MoO4-2 < HPO4-2 < H2PO4-1 4.2. Capacidade de troca de cátions no solo (CTC) A capacidade de troca de cátions (CTC) representa a medida do poder de adsorção e troca de cátions do solo. a CTC é a quantidade de cátions que um solo é capaz de reter por unidade de peso (Cmolc/Kg de solo). Constitui-se numa propriedade fundamental para a caracterização do solo e avaliação de sua potencialidade agrícola. A CTC varia com o pH do solo em decorrência da existência de cargas negativas dependentes do pH. A CTC determinada ao pH do solo é denominada CTC Efetiva ou Real. A CTC determinada com uma solução tamponada à pH 7,0 (maior que o pH do solo) é denominada CTC Potencial. Portanto, em solos ácidos (a maioria o são), a CTC Efetiva é inferior à CTC Potencial. A determinação CTC é feita saturando-se o solo com um determinado cátion (ex.: NH4+1 usando o CH2COONH4 a pH 7,0). A seguir lava-se o excesso deste cátion com um líquido de baixa polaridade (álcool isopropílico ou etílico); desloca-se o cátion adsorvido (NH4+1) COM OUTRO (ex.: Na+1 usando NaCl) e determina- se o cátion deslocado, obtendo-se assim a medida da CTC, que é dada em Cmolc/Kg de solo. A CTC pode ser estimada através do valor T, que representa a soma dos seguintes cátions trocáveis (adsorvidos): Ca+2, Mg+2, PAGE 1 K+2, Na+1, Al+3 e H+1. Existem outros cátions trocáveis no solo, tais como: NH4+1, Mn+2, Cu+2, Zn+2, Fe+2, etc., mas considera-se que o teor dos mesmos é pequeno; para propósitos práticos o valor T é aceitável, obtendo-se por soma de cátions normalmente determináveis. Do ponto de vista técnico é discutível qual a determinação mais indicada (valor T ou CTC conforme explicado anteriormente), em análises de levantamento de solos, sendo que em trabalhos feitos no Brasil é normalmente usado o valor T. 4.3.CTC das argilas e matéria orgânica Cada tipo de argila, assim como a matéria orgânica do solo, (húmus), possui uma CTC mais ou menos definida, conforme cita-se a seguir. Tabela 5.3. Capacidade de Troca de Cátions Aproximada para alguns colóides do solo. Componente CTC (em Cmolc/Kg) Montmorilonita Vermiculita Ilita Caulinita Matéria Orgânica 80-120 100-150 20-40 3-15 200-300 4.4. Acidez do solo A acidez do solo pode ser dividida em dois tipos: acidez ativa e acidez potencial. A acidez de troca é dividida principalmente aos íons Al+3 adsorvidos (trocáveis) na superfície dos colóides do solo por forças eletrostáticas. Como o teor de H+1 geralmente representa menos do que 5 % da acidez trocável, admitimos como sendo simplesmente Al+3 trocável. A acidez tocável, representada por PAGE 1 (Figura 5.4b). Ao se neutralizar os H+1 da solução do solo, mais H+1 de formas trocáveis e não trocáveis (Acidez Potencial) passam para a solução, restaurando a Acidez Ativa. Essa tendência de resistir à mudança do seu pH constitui o Poder Tampão do Solo. O Poder Tampão será tanto maior quanto mais elevado o teor de matéria orgânica (grupos COOH) e de argilominerais e óxidos, que são fontes de H+1 e Al+3 para solução do solo. Solos arenosos e/ ou pobres em matéria orgânica tem, portanto, baixo Poder Tampão. Desta forma verifica-se, que para diminuir a acidez de um solo não basta eliminar os íons H+1 da solução do solo, é necessário adicionar uma quantidade de corretivos suficiente para consumir também uma proporção significativa da acidez potencial e alcançar a elevação do pH a um nível desejado. Portanto, o valor pH (Acidez Ativa), é apenas uma estimativa da acidez do solo, sendo necessário também conhecer a acidez potencial para a adoção de medidas mais adequadas à sua correção. Como fontes de acidez temos, entres outros fatores: (1) Hidrólise do Al, previamente originado do intemperismo de silicatos (Al+++ + 3H2O ---> Al(OH)3 + H+); (2) Lixiviação e a hidrólise do CO2 originado da respiração dos microorganismos e raizes de plantas (CO2 + H2O ---> HCO3- + H+); (3) Adubos acidificantes, como o sulfato de amônio (NH4)2SO4, quando solubilizam liberam íons H+, (4) Mineralização dos compostos orgânicos, que pela reação de nitrificação libera íons H+; formação de ácidos orgânicos e inorgânicos; PAGE 1 (5) Liberação de íons H+ pelas raizes das plantas. A acidez do solo afeta significativamente as características químicas, físicas e biológicas do solo e a nutrição das plantas. A acidez do solo é comum em todas as regiões onde a quantidade de chuva é suficientemente elevada para lixiviar teores apreciáveis de cátions básicos. Isto explica a frequência de solos ácidos nas regiões tropicais e subtropicais úmidas. Os cátions básicos removidos são substituídos por H e Al proveniente da alteração dos minerais. A acidificação é, portanto, um processo natural. A concentração de íons de H+ presente nos solos tropicais ácidos na faixa de pH 4,5 a 5,8 não constitui transtornos para as plantas. Entretanto, o Al+3 trocável é o principal cátion associado à acidez em solo que, com valores de pH inferiores a 5,5 (5,2), começa a haver probabilidade de toxidez de Al para as plantas. Sua determinação é feita por extração com uma solução KCl 1N, e seu teor tem sido usado para avaliar a acidez juntamente com a percentagem de saturação com Al: % saturação c/Al = Devido a importância da percentagem de saturação com Al para as culturas, esse parâmetro é considerado como propriedade diagnóstica na classificação de solos, sendo especificado pelo termo Álico quando é maior ou igual 50%. 4.5. Bases trocáveis Os íons trocáveis Ca, Mg, Na e K são denominados de bases trocáveis e a sua soma de valor S (ambos expressos em Cmolc/Kg de solo). A denominação bases deve-se à relação alcalina dos solos saturados com esses íons. A percentagem de cátions básicos PAGE 1 trocáveis na CTC (ou valor T) é denominado saturação de bases ou valor V: V (%) = S x100 T A saturação de bases tem sido usada como um indicativo da fertilidade química do solo; o seu uso isolado não é suficiente para essa avaliação; é necessário considerar também a CTC, o teor absoluto de bases (valor S) e os tipos de cátions básicos. Por ex., um solo “x” com CTC de 20 Cmolc/Kg e valor S de 10 Cmolc/Kg tem valor V= 50%, um solo “Y” com CTC de 2 Cmolc/Kg e valor de S de 1 Cmolc/Kg também tem um valor V = 50%. Entretanto, o solo “x” apresenta um teor absoluto de cátions básicos mais elevado o que significa um maior teor de nutrientes para as plantas. Por outro lado, dois solos com o mesmo valor de T podem ter diferentes fertilidades, mas dois solos como o mesmo valor T e mesmo valor V tem grande probabilidade de possuirem fertilidade equivalentes. Em consequência disso, tanto o valor T como o valor V são usados para a classificação de solos. Um solo é considerado como “DISTRÓFICO”, quando a saturação de bases (valor V) for menor que 50%, e “EUTRÓFICO”, quando for maior ou igual a 50%. 4.6. Interpretação dos Dados de Análise de S, T (ou CTC) e V As análises do complexo sortido (S, Al+H, T e V) são as mais importantes usadas em levantamento de solo. A seguir são dados os teores considerados altos, médios e baixos (BRASIL, 1973). Tabela 5.5. Interpretação dos valores de S, T e V em solos S(cmolc/kg) V (%) T (cmolc/kg) PAGE 1 5. DISPERSÃO E FLOCULAÇÃO Entre as partículas de uma dispersão coloidal existem dois tipos fundamentais de forças: (a) as forças de atração (Van der Waals), que ocorrem quando as partículas estão muito próximas; resultantes da orientação de dipolos ou da coordenação do movimento de elétrons entre as partículas; (b) as forças de repulsão, que são consequência da repulsão das cargas elétricas de mesmo sinal. Quando, em uma dispersão coloidal em meio líquido predominam as forças de atração, ocorre a floculação ou coagulação e as partículas agrupam-se formando pequenos flocos que decantam até o fundo do recepiente. Quando predominam as forças de repulsão, a dispersão tende a se estabilizar, não ocorrendo a aproximação entre as partículas, temos a dispersão ou floculação. A floculação dos colóides de solo é um fenômeno muito importante, tanto sobre o aspecto pedogenético, pedoturbação, formação da estrutura, a própria diferenciação dos horizontes, tem relação com a floculação e defloculação dos colóides do solo. Dois aspectos devem ser considerados para se entender a floculação: (a) neutralização das cargas negativas (em geral são as que predominam no solo) por um cátion, permitindo a aproximação das partículas e a consequente floculação - neste caso o H+1 e os cátions polivalentes, como o Al+3, Ca+2 e Mg+2, são mais efetivos; (b) em solos topicais com predominância de óxidos de Fe e Al e de caulinita no sistema coloidal, o pH é um fator importante a ser considerado, visto que as cargas negativas e positivas são dependentes do pH. Desta forma o aumento do pH deverá aumentar as cargas negativas, provocando uma maior repulsão entre as partículas e dificultando a floculação ou provocando a desfloculação, quando então a argila poderá se PAGE 1 mobilizar, migrando para o interior do perfil ou sendo arrastada pelo escorrimento superficial da água (erosão). No ponto de zero carga elétrica (PZC), ocorre a floculação que, por sua vez, tem influência favorável na estruturação do solo, razão pela qual é aconselhável que o pH de solos com os referidos tipos de colóides não se afastem muito do PZC. Em geral, no PZC do solo alguns colóides apresentam cargas negativas e outras cargas positivas, possibilitando a floculação mútua pela interação das cargas. 5.6.BIBLIOGRAFIA BRASIL, Ministério da Agricultura, Departamento Nacional de Pesquisa Agropecuária. Levantamento de Reconhecimento de Solos do Estado do Rio Grande do Sul. Recife, 1973. 431 p. FASSBENDER, H. Química de Suelos, con énfasis en suelos de América Latina. Turrialba, IICA. 1975. 374 p. MORELLI, M. Apostila Didática da Disciplina de Morfologia e Gênese do Solo. Departamento de Solos - CCR - UFSM. Santa Maria, RS. 1986. 27 p. PAGE 1