CARGAS ELÉTRICAS DO SOLO. Atributos físicos e químicos do solo -Aula 12- Prof. Alexandre Paiva da Silva INTRODUÇÃO CARGAS ELÉTRICAS E FOTOSSÍNTESE:

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1 CARGAS ELÉTRICAS DO SOLO Atributos físicos e químicos do solo -Aula 12- Prof. Alexandre Paiva da Silva INTRODUÇÃO CARGAS ELÉTRICAS E FOTOSSÍNTESE: Vida na Terra Propriedade de uma dispersão coloidal Argilas eletronega vas Solos >> intemperizados cargas (+) incomum As cargas elétricas proporcionam a adsorção de íons de cargas opostas, retendo-os no solo Nutrição, gênese, poluição 1

2 CARGAS ELÉTRICAS NEGATIVAS Dissociação de grupos OH nas arestas das argilas silicatadas; Substituição isomórfica; Matéria orgânica CARGAS ELÉTRICAS NEGATIVAS Óxidos e hidróxidos de Fe e Al(OHFeAl); Obs: permanentes e variáveis ou dependentes de ph Dissociação de grupos OH nas arestas das argilas silicatadas; O grupo OH nas terminações tetra e octaedrais, nas faces quebradas das unidades cristalográficas das argilas silicatadas A elevação do ph desloca o equilíbrio para a direita, pela neutralização dos íons H + liberados na dissociação OH - (VIDE FIG) Depende do ph e predomina em argilas 1:1 2

3 Figura 1. Fontes de cargas elétricas negativas do solo ARGILAS SILICATADAS 1:1 Substituição isomórfica Na gênese de argilas 2:1 pode haver substituição de Si 4+ dos tetraedros por Al 3+ ; nos octaedros de Al 3+ por Mg 2+ ou de menor valência que Al 3+ SOBRA DE CARGA NEGATIVA (VIDE FIG) Cargas não dependentes de ph Matéria orgânica A dissociação de GRUPOS CARBOXÍLICOS E FENÓLICOS O equilíbrio é deslocado para a direita com a elevação do ph neutralização da acidez (VIDE FIG) 3

4 Figura 2. Fontes de cargas elétricas negativas do solo SUBSTITUIÇÃO ISOMÓRFICA Figura 3. Fontes de cargas elétricas negativas do solo MATÉRIA ORGÂNICA 4

5 Óxidos e hidróxidos de Fe e Al É significativa em condições mais ácidas Os OHFeAl podem originar cargas (+) e (-) ou permanecer carga neutra na superfície* ph do solo (VIDE FIG) Em geral, o ponto que a carga dos óxidos é nula corresponde a uma valor de ph na faixa alcalina Os OHFeAl têm carga (+) em solos ácidos *PCZ = Ponto de Carga Zero ph em que o solo tem carga líquida nula; o valor do PCZ varia com a natureza dos materiais trocadores de íons no solo (VIDE FIG) Figura 4. Fontes de cargas elétricas positivas do solo Óxidos de Fe e Al 5

6 ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA Princípios Argilominerais e MOS Maior Superfície específica partículas coloidais que têm cargas (+) e (-) reter ou adsorver cátions ou ânions As cargas (+) ou (-) são neutralizadas por íons de carga contrária, que podem ser trocadas por outros íons da solução TROCA IÔNICA -ADSORÇÃO CATIÔNICA -Cargas NEGATIVAS são neutralizadas por íons ELETROPOSITIVOS -ADSORÇÃO ANIÔNICA -Cargas POSITIVAS são neutralizadas por íons ELETRONEGATIVOS Obs: As ligações dos íons se dão por ELETROVALÊNCIA ou COVALÊNCIA Cátions envolvidos: Ca 2+, Mg 2+, Al 3+, H +, Na +, NH 4+, micro A troca iônica depende: SUPERFÍCIE ESPECÍFICA E DENSIDADE DE CARGAS Analogia com colméia de abelhas (VIDE FIG) ADSORÇÃ IÔNICA Figura 5. Representação da CTC e da CTA 6

7 CONCEITO É a capacidade do solo ADSORVER e TROCAR CÁTIONS Expressa a quantidade de cátions que o solo pode reter na forma de COMPLEXO DE ESFERA-EXTERNA* Mede indiretamente a quantidade de cargas negativas do solo * Ligados às superfícies por ligações eletrostáticas Relaciona-se com Superfície Específica e Densidade de cargas PRINCÍPIOS BÁSICOS Fenômeno reversível Deslocamento contínuo de cátions adsorvidos; ocorre nos dois sentidos: superfície da partícula para solução e vice-versa Reação estequiométrica Lei os equivalentes químicos 1mol c de cátion X é trocada (substituído) por 1mol c de cátions Y É um processo rápido Tempo de agitação de 5 15 min 7

8 VARIÁVEIS QUE INFLUENCIAM ph Efeito das cargas dependentes de ph Natureza dos cátions trocáveis Lei de Coulomb cátions de maior valência são mais retidos Série liotrópica Z/r Z = carga do íon; r = raio do íon hidratado Valências iguais: Cs + > Rb + > K + > Na + > Li + > H + Valências diferente: Al 3+ > Ca 2+ > Mg 2+ > K + = NH 4+ > Na + VARIÁVEIS QUE INFLUENCIAM Concentração da solução Afeta a preferencialidade de troca Lei da ação das Massas é possível cátions de < valência deslocar cátions de > valência concentração Para uma mesma concentração de cátions presentes, a DILUIÇÃO DA SOLUÇÃO, aumenta a preferência de troca de cátions de menor valência como Na +, pelos de maior valência. Exemplos: Região úmida = lixiviação de bases e predomínio de Al 3+ Região semiárida = acúmulo de cátions monovalentes, Na + 8

9 VARIÁVEIS QUE INFLUENCIAM Natureza da fase sólida O tipo de argilomineral e a MOS afeta a densidade de cargas negativas CTC *Exemplos: Regiões tropicais = Efeito da MOS (VIDE FIG) O arranjo estrutural da fase sólida e sua interação com cátions ESPECIFICIDADES NAS REGIÕES DE TROCA Argila 2:1 retêm K + e NH 4 + ; Mat. orgânica retêm Ca 2+ Tipo e quantidade de argilominerais (VIDE FIG) Tropicais e subtropicais: 1:1 (caulinita) e óxidos de Fe e Al CTC BAIXA Temperada: 2:1 (vermiculita, esmectita) CTC ALTA Figura 6. ASE e CTC de argilominerais e matéria orgânica 9

10 Figura 7. Efeito da matéria orgânica VARIÁVEIS QUE INFLUENCIAM Matéria orgânica A interação da MOS com argilominerais e óxidos Alteração das cargas superficiais MOS vs caulinita e óxidos cargas e CTC ph da solução Adsorção específica de íons (AEI) A AEI pode aumentar a CTC Adsorção específica de fosfato, silicato e sulfato carga líquida negativa *Exemplos: doses de P cargas negativas CTC 10

11 CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS COMPONENTES DA CTC CTC permanente e CTC dependente de ph - CTC efetiva e CTC bloqueada (VIDE FIG) CARACTERÍSTICAS DA CTC - Valores de Hissink CTC EFETIVA (t) t = [SB + (Al 3+ )]; Al 3+ = ACIDEZ TROCÁVEL CTC TOTAL (T) T = [SB + (H + Al)]; H + Al = ACIDEZ POTENCIAL SOMA DE BASES (SB) SB = Ca 2+ + Mg 2+ + K + + [Na + + NH 4+ ] SATURAÇÃO POR BASES (V) V = SB / T 100 SATURAÇÃO POR ALUMÍNIO (m) m = Al 3+ / t

12 CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS Figura 9. Classificação e interpretação dos valores de Hissink UM EXEMPLO O que podemos inferir a partir de tais resultados? 12

13 CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS DETERMINAÇÃO DA CTC Seguem os princípios básicos do fenômeno de troca (VIDE FIG) CTC efetiva (t) Emprego de soluções salinas (KCl 1 mol/l e CaCl 2 0,5 mol/l) CTC total (T) Acetato de amônio (CH 3 COONH 4 ) 1 mol/l a ph 7,0 DETERMINAÇÃO DA CTC 13

14 DETERMINAÇÃO DA CTC 14