atividade coloidal e Físico-química do solo

atividade coloidal e Físico-química do solo

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SOL 250 CONSTITUIÇÃO, PROPRIEDADES E CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS

Fevereiro / 2001

I - Introdução

O solo é um corpo natural formado pela interação da atmosfera, hidrosfera e biosfera com os materiais da litosfera. Sua constituição química reflete, portanto, a contribuição de cada componente dos fatores de formação e pode variar bastante em função das diferenças destes.

Os solos são sistemas trifásicos com o predomínio da fase sólida. Esta se constitui de materiais minerais derivados das rochas ou sedimentos associados a compostos orgânicos derivados da decomposição dos organismos vivos que nele habitam. Sua composição é relativamente estável num intervalo de tempo curto, mudando apenas pelas adições ou remoções por erosão e deposição hídrica e eólica e por atividade biológica.

A fase líquida é formada pela água proveniente da atmosfera ou corpos d’água e lençol freático em equilíbrio dinâmico com a matriz mineral e os seres vivos. Esta água contém íons dissolvidos, formando a solução do solo, e pode também carrear compostos orgânicos solúveis e materiais coloidais em suspensão.

A fase gasosa é composta pela atmosfera do solo, resultante do equilíbrio dinâmico entre a atmosfera e os gases presentes no espaço poroso. A fase gasosa tem sua composição alterada em relação à composição atmosférica pelos gases produzidos pela atividade biológica e reações químicas do solo. A estrutura e a porosidade do solo, assim como a presença de água, afetam as taxas de difusão destes gases para a atmosfera.

A composição química de cada fase reflete o balanço dos fatores de formação, sendo variável no espaço e no tempo. Grandes alterações, no entanto, exigem longos períodos para se efetuarem.

Influência da atmosfera/hidrosfera

Influência da litosfera Influência da biosfera

Figura 1. Influência dos fatores de formação.

2 - Composição química do solo

A composição química da fase sólida, e indiretamente também a da solução do solo, é em grande medida determinada pelos materiais de origem deste solo. A fase sólida é proveniente dos materiais derivados das rochas e /ou sedimentos associados aos compostos de origem orgânica. A constituição química das rochas ou sedimentos é variável em função de sua origem e natureza, afetando as características do solo formado. Esta influência tende a se reduzir na medido em que o intemperismo atua, podendo levar solos de origens diversas a feições e composição química similar.

O intemperismo provoca a desagregação física e a decomposição química dos minerais primários das rochas e sua transformação em minerais do solo. A ação da comunidade biológica, de seus produtos metabólicos e de seus resíduos sobre estes materiais acelera este processo e agrega compostos químicos de origem biológica, que participam da formação e evolução dos solos.

Figura 2. Materiais de origem e o perfil do solo.

Fragmentos do material de origem Horizonte A com acúmulo de M. O.

Horizonte B com maior expressão de desenvolvimento pedogenético

Material de origem se intemperizando

O Quadro 1 traz os teores dos principais elementos químicos encontrados nos solos. A análise deste quadro permite verificar a predominância do silício e do alumínio na composição dos solos, refletindo a predominância destes elementos nas rochas da superfície. Os altos teores de ferro e alumínio em alguns solos são resultantes de materiais de origem mais ricos e da concentração residual destes elementos pela perda gradativa por lixiviação dos demais elementos. Os teores dos nutrientes essenciais são geralmente baixos nos solos, seja pelos baixos teores nos materiais de origem, seja pelo progressivo empobrecimento pela lixiviação. A maior riqueza química está associada a materiais de origem mais ricos, solos pouco intemperizados ou condições locais de acumulação.

(Quadro 2)A perda dos elementos, principalmente dos cátions como o sódio, se

A influência dos materiais de origem na composição do solo decresce à medida que os solos se intemperizam. Solos pouco intemperizados preservam ainda minerais primários, fontes de nutrientes para o solo. Os solos tropicais muito intemperizados não contém minerais primários intemperizáveis, sendo formados quase exclusivamente por minerais secundários (argilas e óxidos) e quartzo deve a sua maior solubilidade associada à menor retenção nos sítios de troca dos colóides do solo.

Quadro 1. Composição química dos solos. Adaptado de LINDSAY (1979).

Peso atômico Conteúdo na litosfera

Faixa de conteúdo comum nos solos Elemento químico g mg/kg mg/kg

Alumínio Carbono Cálcio Ferro Potássio Magnésio Manganês Nitrogênio Oxigênio Fósforo Enxofre Silício Titânio

26,98 12,01 40,08 5,85 39,10 24,31 54,94 14,01 16,0 30,97 32,06 28,09 47,90

81.0 950 36.0 51.0 26.0 21.0 900 - 465.0 1.200 600 276.0 6.0

10.0 - 300.0 - 7.0 - 500.0 7.0 - 550.0 400 – 30.0 600 – 6.0 20 – 3.0 200 – 4.0 - 200 – 5.0 30 – 10.0 230.0 – 350.0 10 – 10.0

Quadro 2. Relação entre materiais de origem e minerais do solo.

MATERIAL DE ORIGEMFRAÇÃO DO SOLO ELEMENTOS
( Rocha/Sedimento)pouco intemperizado – muito intemperizado
QuartzoAreia Areia Silício, Oxigênio
FeldspatosAreia/silte --- Silício, Oxigênio, Alumínio,
Cálcio/Sódio
ArgilaArgila
MicasAreia/silte --- Silício, Oxigênio, Alumínio, K,
Argila Argila
PiroxênioAreia/silte --- Silício, Oxigênio, Alumínio,
(Mg, Fe)/Ca
Argila Argila
OlivinaAreia/silte --- Silício, Oxigênio, Alumínio,

Mg, Fe, H.

Mg, Fe Argila Argila

3 - Composição química das frações granulométricas do solo

A composição química das frações granulométricas guarda estreita correlação com o grau de intemperismo dos solos. As frações grosseiras, cascalhos, calhaus e matacões, são normalmente encontradas apenas em solos pouco intemperizados. Sua composição é idêntica à das rochas das quais se originaram. O processo do intemperismo leva à sua fragmentação física e decomposição química, dando origem a minerais secundários, mais estáveis no ambiente da superfície.

A fração areia pode conter materiais primários, originados do material de origem do solo, no caso dos solos pouco intemperizados. Com o avanço do intemperismo, apenas o quartzo sobrevive nesta fração. Os demais minerais de fácil intemperismo, como os feldspatos e micas, se decompõem em minerais secundários. Nesta fração podem ser encontrados nódulos e concreções formados pedogeneticamente por cimentação das frações mais finas por óxidos de ferro.

Figura 3. Frações mineralógicas do solo.

Fração areia: Solos pouco intemperizados: quartzo e fragmentos de materiais de origem Solos muito intemperizados: quartzo

Fração silte: Solos pouco intemperizados: fragmentos de materiais de origem Solos muito intemperizados: microagregados

Fração argila: Solos pouco intemperizados: argilas 2:1, argilas1:1 e óxidos Solos muito intemperizados: argilas 1:1 e óxidos

A fração silte é composta por fragmentos dos minerais de origem e/ou microagregados formados por partículas de argila cimentadas. Nos solos altamente intemperizados, apenas o segundo tipo é encontrado. Isto se deve à decomposição dos minerais primários, como no caso da areia, e à forte estabilidade dos microagregados, sendo os procedimentos analíticos para medição das frações incapazes de conseguir uma perfeita dispersão da fração argila.

A fração argila é formada por minerais secundários oriundos da decomposição dos minerais primários. Neste tamanho, os minerais primários não são mais estáveis nas condições do solo, se transformando nos minerais de argila. Alguns minerais primários, como a ilita, ainda podem ser encontrados na fração argila de solos pouco intemperizados.

O processo de transformação dos minerais primários em minerais secundários se dá pelo rompimento da rede cristalina destes minerais e remoção dos íons por lixiviação pela água que atravessa as fraturas nas rochas. Em condições moderadas de intemperismo, quando a remoção dos cátions e sílica não é muito acentuada, formam-se os minerais de argila silicatados do tipo 2:1. O ferro contido nos minerais primários vai se precipitar como óxido (hematita ou goetita, dependendo das condições). O avanço do intemperismo leva à progressiva perda de cátions e sílica, desestabilizando os minerais 2:1 e dando lugar à formação das argilas 1:1. A transformação também depende das condições locais de drenagem e remoção dos produtos de decomposição, podendo ocorrer reversão deste processo em locais de acúmulo, como depressões e áreas mal drenadas. A fase final do intemperismo consiste na transformação das argilas 1:1 em óxidos de alumínio (gibbsita). Neste último caso, formam-se os solos oxídicos, como alguns Latossolos, onde houve uma concentração relativa dos óxidos de ferro e alumínio por remoção dos demais elementos por lixiviação.O intemperismo pode levar os materiais primários direto ao último estágio quando as condições de lixiviação são elevadas, como no caso de regiões tropicais úmidas.

A fração argila é a mais importante do solo, devido às suas propriedades físicas e químicas, como a capacidade de troca de cátions e ânions e as propriedades reológicas, relacionadas ao comportamento físico (friabilidade, plasticidade e pegajosidade). Estas propriedades são derivadas da natureza coloidal desta fração, associada à sua composição química.

4 - Fração coloidal do solo: natureza e composição

Colóides são materiais de qualquer natureza com tamanho inferior a 2 µm.

Ao atingir este tamanho, os materiais adquirem propriedades particulares, relacionadas ao aumento relativo da superfície específica e ao pequeno tamanho das partículas.

Partículas destas dimensões possuem uma grande área específica, sendo susceptíveis a fenômenos de superfície como adsorção e troca de íons com uma solução em que se encontrem imersas. As partículas coloidais podem formar suspensões estáveis e se mover com a água que percola um meio poroso. Partículas nestas dimensões, quando colocadas em suspensões, apresentam o chamado Movimento Browniano, em função da agitação térmica das moléculas de água.

Neste tamanho, as partículas são pouco afetadas pela força gravitacional, muito susceptíveis às forças elétricas e passíveis de interações por forças relativamente mais fracas, como pontes de hidrogênio e forças de van der Waals.

A forma das partículas também é importante, ao influenciar a superfície em contato com o meio. No caso das argilas silicatadas, que possuem forma de placas, este efeito é muito expressivo.

A presença de cargas elétricas na superfície das partículas de argila confere a estas a capacidade de interagir com a solução do solo, seja pelos fenômenos de troca, seja pela formação de ligações (Quadro 3).

Quadro 3. Área superficial específica e CTC de alguns materiais de solo.

PARTÍCULA ASE m2g-1 CTC cmolckg-1

Caulinita Óxidos Micas Vermiculita Montmorilonita Matéria orgânica

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