QUI106 - Química Analítica Ambiental. Prof. Rafael Arromba de Sousa

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1 Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química QUI106 - Química Analítica Ambiental Aula 9 Química dos Solos -Parte I Solos e sedimentos - Definição e composição química - Uso como indicador de poluição - Propriedades físico-químicas e a fertilidade do solo Prof. Rafael Arromba de Sousa Juiz de Fora,

2 A Listosferae e o Solo O solo é um dos componentes da LITOSFERA, a qual constituiumdos três ambientes físicos do planeta, também chamado de crostaterrestre Solo e Rochas(ígneas, sedimentares ou metamórficas) Definição: Resultado das interações da litosfera, hidrosfera e atmosfera Origem: Data de milhares de anos intemperismo causado pelas chuvas ácidas e variações de temperatura sobre as rochas superficiais(erupções vulcânicas) 2

3 A Listosferae e o Solo -As rochas 1) Fotos dos tipos de rochas que podem ser encontrados na litosfera 1.1) Exemplos de rochas ígneas(magmáticas) Imagem da rocha magmática basalto Imagem da rocha magmática granito Formadas pela consolidação do magma

4 A Listosferae e o Solo -As rochas 1) Fotos dos tipos de rochas que podem ser encontrados na litosfera 1.2) Rochas sedimentares Formadas pela sedimentação de diferentes materiais ao longo dos anos Imagem de rocha magmática sedimentar

5 1) Imagens dos tipos de rochas que podem ser encontrados na litosfera 1.3) Ex de rochas metamórfica A Listosferae e o Solo -As rochas Formadas a partir de rochas magmáticas e sedimentares Imagem de uma rocha de xisto, rocha magmática metamórfica Esta rocha, ao contrário das anteriores (que podem ter usos gerais, como na construção civil), alguns tipos de xisto são usados para produzir energia

6 Composição Química do Solo Ponto de vista MACROSCÓPICO Solo é composto por 3 fases cujas proporções podem variar -sólida(minerais e matéria orgânica) -líquida(água) constitui a chamada solução do solo (água + substâncias dissolvidas) -gasosa(gases como O 2 e N 2 ) Solo para plantio 50% (sólida) : 25% (líquida) : 25% (gás) Porção mineral (fase sólida) ARGILA -Mineral originado de silicatos (substituição de íons): categoria de aluminosilicatos -Partículas com diâmetros < 2 µm -Constituem uma reserva de nutrientes minerais para as plantas 6

7 Para lembrar... Composição Química do Solo Fase sólida Silicatossão são partículas formadas por estruturas poliméricas de SiO 4-4 Podem estar organizados de diversas formas (ver página 553 em BairdC, Química Ambiental, 2ª Ed) Difícil solubilização ( problema para a análise química): (SiO 2 ) n Abertura TOTAL de amostra: SiO 2 (s) + O 2- SiO SiO 3 2- (fusão alcalina) É a transformação química de uma amostra sólida em uma outra forma sólida, a qual é facilmente solúvel em água ou ácidos diluídos 7

8 Composição Química do Solo Fase sólida Quando for necessário realizar uma determinação total dos constituintes inorgânicos de uma amostra de solo: Procedimentos de abertura de amostra (via seco) Procedimento de digestão (via úmida) SiO HF H 2 SiF H 2 O Utilizar EPIs apropriados Uso de HF Não utilizar materiais de vidro Neutralizar o excesso de ácido 8

9 Composição Química do Solo Fase sólida A Matéria Orgânica HÚMUS Material orgânico que dá ao solo sua cor escura ( castanho-amarronzada ) amarronzada ) Constituído por vegetais e animais parcialmente decompostos Imagem de uma porção de húmus, retirada do solo 9

10 Composição Química do Solo Fase sólida O Húmus - Torna-se enriquecido com nitrogênio em relação ao material original (perda de CO 2 ) - Apresenta várias substâncias, como proteínas e lignina - Os compostos com grupos ácidos ( -COOH) ác. húmico e fúlvico Importantes para estabilizar espécies metálicas, solúveis em meio alcalino Éformado naturalmente(espontaneamente) por bactérias e fungos do solo (organismos decompositores) Processo - Depende também de outros fatores: umidade e temperatura - Pode ser induzido pelo homem 10

11 Composição Química do Solo Fase Gasosa Apresenta os mesmos constituintes do ar mas com algumas diferenças nas suas proporções Solos BEM AREJADOS garantem bom desenvolvimento radicular -Solos cinzentos indicam baixa aeração ON 2 éomais IMPORTANTE -amônio(nh 4+ ) -uréia -nitrato(no 3- ) 11

12 Composição Química do Solo Fase Gasosa Presença das formas acessíveis de nitrogênio Fertilidade do solo Transformação do nitrogênio orgânico nas formas acessíveis: Fixação de nitrogênio -Natural - Uma das etapas envolve ação bacteriana -Pode ser favorecido com o uso de certos cultivares Bactérias Rhizobium Reações: 12

13 Lembrando... Composição Química do Solo Fase Gasosa A fixação de nitrogênio influencia o equilíbrio entre os ciclos biogeoquímicos ON 2 fixado pode retornar àatmosfera: desnitrificação Reação: A atmosfera recebe continuamente N 2 tanto da hidrosfera quanto da litosfera, proveniente da decomposição da matéria orgânica O uso de fertilizantes aumenta o aporte de N 2 do solos para a atmosfera 13

14 Composição Química do Solo Fixação de substâncias Outras substâncias podem ser fixadas no solo e também em sedimentos, s, dependendo das suas características SEDIMENTOS: Agregados de partículas minerais e de partículas orgânicas, que se encontram em contato comaparte inferior de corpos deágua Fixação de metais pesados em solose em sedimentos Camada superficial do solo teoricamente acessível a raízes ACÚMULO Frações com as quais entram em contato teoricamenteacessível acessível a organismos aquáticos 14

15 Composição Química do Solo Fixação de substâncias Outras substâncias podem ser fixadas no solo e também em sedimentos, dependendo das suas características Meios de fixação de metais pesados em solose em sedimentos Adsorção sobre partículas minerais Complexação pelos ác. húmicos Reações de precipitação (forma de sulfetos) Dependem do ph da solução do solo A correção do ph (utilizando cal, p. ex) tende a diminuir a disponibilidade de espécies como Cd 2+ Adsorções (superfície interna dos poros no caso dos poluentes orgânicos) Reações de precipitação (forma de sulfetos) Dependem do ph da água SE não houver interferência de microorganismos, espécies como HgSpermanecem imobilizados 15

16 Composição Química do Solo Fixação de substâncias Metais pesados, PAHse Pesticidas em SOLOS e SEDIMENTOS INDICADORES DE POLUIÇÃO AMBIENTAL Sedimentos: avaliação temporal (profundidade) MAS a toxicidade: depende da forma química LANÇAR MÃO Métodos especiação (solos e sedimentos) Técnicas de amostragem (solos) 16

17 Composição Química do Solo Fixação de substâncias Metais pesados, PAHse Pesticidas em SOLOS e SEDIMENTOS INDICADORES DE POLUIÇÃO AMBIENTAL Exemplo- 17

18 Composição Química do Solo Fixação de substâncias Exemplo- ALGUNS ASPECTOS INDICADORES DE POLUIÇÃO AMBIENTAL - Estudou o desempenho da extração sobre pressão - Empregou material de referência certificado - A extração com Soxhlet foi usada como referência para avaliar os resultados - Realizou as análises por GC-MS O O aumento da T melhora a eficiência da extração para a maioria dos analitos À À 200 o Chouve degradação parcial de alguns dibenzofuranos clorados O desempenho do método pode variar se aplicado a amostras de solo 18

19 Composição Química do Solo Fase Líquida Solução de eletrólitos e substâncias orgânicas solúveisque envolve a fase sólida e que está em equilíbrio com a mesma PRINCIPAIS ELETRÓLITOS: H +, Na +, K +, NH 4+, Ca 2+, Mg 2+, Al 3+, SO 4 2-, NO 3-, PO 4 3-, CO 3 2-,... Define o ph do solo Dissociação de ác. fracos Troca iônica na superfície dos minerais A água do solocontém os nutrientes necessáriospara o desenvolvimento das plantas Nutrientes que provém do solo e se dissolvem na água Importância da umidade no solo Solos argilosos concentram mais água do que solos arenosos 19

20 Composição Química dosolo- Propriedades Físico-químicas Estão relacionadas à sua fração argila Define o tamanho das partículas ARGILA Partículas de aluminossilicatos com ϕ < 0,002 mm Origina os microporos e retém bastante água Demais frações minerais do solo: SILTE Partículas de quartzo (maioria) com ϕ entre 0,002 0,05 mm Origina poucos poros, adensa o solo e retém pouca água AREIA Partículas de quartzo com ϕ entre 0,05 2 mm Origina os macroporos, facilita a aeração e retém pouca água Solos com pouca água menos nutrientes disponíveis... 20

21 Composição Química do Solo- Propriedades Físico-químicas Dependendo da proporção dessas frações Solos com diferentes características químicas Tipo de aproveitamento para a agricultura depende dos seguintes parâmetros ACIDEZ: dada pela presença de íons H + Determinada por potenciometria(ph) ou por titulação Análise é feita em diferentes meios(água, solução dekcl e solução de CaCl 2 ) MATÉRIA ORGÂNICA: dada teor de substâncias orgânicas Determinada por técnicas instrumentais ou calcinação ALUMÍNIOSOLÚVEL: concentração de íonsal 3 + que ocorrem em solos ácidos Determinado por técnicas espectrométricas de análise, como a de absorção atômica MACRONUTRIENTES K,Ca, Ca,Mg e P: concentração das espéciesk +,Ca 2 +,Mg 2 + epo Determinadosportécnicasespectrométricasdeanálise(PO 3-4 émedidocomop) PO

22 Composição Química do Solo- Propriedades Físico-químicas Expressão dos resultados analíticos Os resultados analíticos podem ser expressos de diversas formas Algumas delas combinam resultados de análises diferentes Exemplos: -SOMA DAS BAES(S): dada pela soma dos elementosalcalinos - CAPACIDADE DE TROCA CATIÔNICA(CTC): expressa a capacidade de trocarcátions Calculada pelo somatório da quantidade de analitos positivos em relação à massa de amostra seca - SATURAÇÃO DAS BASES (V): expressa a relação entre a quantidade de elementos alcalinos e os demais com carga positiva CalculadacomoV=(Sx100/ CTC) - SATURAÇÃO POR ALUMÍNIO (m): expressa a relação entre a quantidade de Al 3 + em relação ao somatório de baseseoteor dealumínio Calculadacomom=([Al] [Al]x100/(S+[Al])) 22

23 Composição Química do Solo Fertilidade e sua Utilização O conceito está ligado a disponibilidade de nutrientes para o desenvolvimento das plantas Necessários: MACRO NUTRIENTES e MICRO NUTRIENTES Em solos produtíveis, nos quais os Ciclos biogeoquímicos não são suficientes para manter osolo semprefértil, os elementos essenciais aos vegetais não são inesgotáveis Quando há deficiência de minerais é possível realizar intervenções para garantir a produtividade: CALAGEM Adição de calcário para elevaroph -DiminuiatoxicidadedeAl 3 + emn 2 + eaumentaosteoresdeca 2+ emg 2+ ADUBAÇÃO Adição de substâncias químicas, as quais variam com o contexto - Tipos: correção (antes plantio), de crescimento (início desenvolvimento) e, manutenção(durante) -Podem ser compostos principalmente por fontes de: fósforo, potássio, cálcio, magnésio, boro e nitrogênio(material orgânico) Ex: tipo NPK(fonte denitrogênio, fósforo epotássio) 23

24 Composição Química do Solo - Classificação e Nomenclatura BRASIL: Baseada nos aspectos genético-natural (fatores de formação do solo) Descrito pelo Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (EMBRAPA) Existem, em outros países, outras formas de classificação (Não existe uma classificação universal) Característica geral do sistema brasileiro: fornece também informações relativas a sua utilização Obedece a seguinte ordenação: 1-Ordem 2-Subordem 3-Grande grupo 4-Subgrupo 5-Família 6-Série 7-Fases Ex: LatossoloVermelho Eutroférricotípico típico A moderado textura média fase floresta tropical subcaducifólia relevo suave ondulado Outras ordens : argilosos, podzólicos, gleissolos, neossolos, neossolos regolíticos 24

25 Referências Baird, C; Química Ambiental, 2ª Ed, Bookman: São Paulo, 1999 Nascentes, C. C.; Costa, L. M.; Química Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais, br/2010/11/aula-litosfera.html, acessado em 13/09/12 magmaticas/, acessado em 15/09/12 // infoescola.com/geologia/rochas com/geologia/rochas-sedimentares/ sedimentares/, acessado em 15/09/12 org/wiki/xisto, acessado em 15/09/12 com/ecologia/humus/, acessado em 15/09/12 html, acessado em 31/07/13 net/impact_2.html, acessado em 01/08/13 jpg, acessado em 02/08/13 25