PROPIEDADES FISICOQUIMICAS

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Pascual Carrasco Arroyo
hace 7 años
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1 PROPIEDADES FISICOQUIMICAS Como la fotosíntesis y la respiración, probablemente ningún proceso en la Naturaleza es tan vital para la vida vegetal y animal como el intercambio de iones, entre las partículas de suelo y las raíces de las plantas. Brady 1 1

2 Actividad fisicoquímica de los suelos depende de: Tipo y superficie específica de las partículas Desarrollo de cargas eléctricas Superficie específica N de partículas g 1 (cm 2 g 1 ) a mf A (coloides) 2 2

3 Tamaño. Coloides del suelo Se clasifican en: Inorgánicos: Orgánicos: un coloide hidratado = micela Tipos de carga desarrollada La carga neta o total del suelo es la suma algebraica de sus cargas positivas y negativas Carga permanente Carga variable 3 3

4 Sustitución isomórfica Octaedro Al Mg Al 3 Mg Tetraedro Sustitución isomórfica Al por Mg, Fe por Si en tetraedros Al en octaedros 4 4

5 Bordes quebrados Coloide orgánico (ionización de grupos) Hidroxilo: [OH] Carboxilo: [COOH] Fenoles: [C 6 H 4 OH] Aminas: [ NH 2 ] Metaoxilo: [OCH 3 ] 5 5

6 ph 0 carga variable (dependiente( del ph) Carga permanente (SI) ph del suelo 6 6

7 Características de carga Coloide Carga negativa Carga positiva Total Constante Variable (cmol c /kg) (%) ) (%) (%) (%) (cmol c /kg) Orgánico Esmectita Caolinita Gibsita Carga dependiente del ph ph = 5,2 ph = 6,8 Humus O COOH OH COO OH COOH O COOH Humus O COO O COO O COO O COO 7 7

8 Carga de un suelo volcánico Carga negativa Carga superficial Carga neta Punto de carga cero Carga positiva ph del suelo ADSORCION ABSORCION FIJACION 8 8

9 Hidratación de coloide Capa de agua adsorbida Partícula de arcilla Catión Molécula de agua Iones comunes en los suelos 9 9

10 Material parental/elementos (fondo geoquímico) Roca Igneas Sedimentarias Elemento Ultramáfica Máfica Intermedia Acida Acida Sedimentos Esquistos Areniscas Calcáreas (volcánica) arcilloso B, ppm Si, % As, ppm , Se, PPM , F, ppm Br, ppm 0, I, ppm , ( 0.1_0.,5 ) _3.0 Li, ppm Rb, ppm Sr, ppm Ti, % O~ , , V, ppm Mo, ppm ,40 Mn, ppm Fe, % ,41.0 Co ppm ,13.0 Ni, ppm Cu, ppm ~10 Zn, ppm Al % ~ ELEMENTOS asociados a minerales primarios Mineral primario Olivino Hornblenda Augita Biotita Apatita Anortita Andesina Oligoclasa Albita Ortoclasa Muscovita Ilmenita Magnetita Turmalina Elementos principales Mg, Fe, Si Mg, Fe, Ca, Al,Si Ca, Mg, Al, Si K, Mg, Fe, Al, Si Ca, P, F Ca, Al, Si Ca, Na, Al, Si Na, Ca, Al, Si Na, Al, Si K, Al, Si K, Al, Si Fe, Ti Fe Ca, Mg, Fe, B, Al, Si Elementos accesorios Ni, Co, Mn, Li, Zn, Cu, Mo Ni, Co, Mn, Sc, Li, Zn, Cu, Ga, V Ni, Co, Mn, Sc, Li, V, Zn, Pb, Cu, Ga Rb, Ba, Ni, Co, Sc, Li, Mn, V, Zn, Cu, Ga Pb, Sr Sr, Cu, Ga, Mn Sr, Cu, Ga, Mn Cu, Ga Cu, Ga Rb. Ba, Sr, Cu, Ga F, Rb, Ba, Sr, Ga, V Co, Ni, Cr, V Zn, Co, Ni, Cr, V Li, F, Ga 10 10

11 Nutrientes (elementos esenciales) Criterios de Escencialidad (Arnon) Macronutriente Primario Macronutriente Secundario Micronutriente Nitrogeno (N) Potasio (K) Calcio (Ca) Magnesio (Mg) Hierro (Fe) Zinc (Zn) Fósforo (P) C, H y O Azufre (S) Manganeso (Mn) Cobre (Cu) Cloro (Cl) Boro (B) Molibdeno (Mo) 11 11

12 Elemento Planta (Mov.) Suelos Forma de absorción. N Nitrógeno Si Si NO 3,NO 2,NH 4 P Fósforo No Si HPO 4=,H 2 PO 4,H 3 PO 4 K Potasio No Si K S Azufre Si Si(no) SO 4=,SO 2 (hojas) Ca Calcio No No Ca Fe(Hierro) No(ps) No Fe,Fe Mg Magnesio No (ps) Si/No Mg B(Boro) Si No H 3 BO 3 Mn Manganeso No No Mn, Mn Cl(Cloro) Si Si Cl Cu Cobre No (ps) No Cu Zn(Zinc) No(ps) No Zn Mo Molibdeno Si/No(ps) No MoO = 4 Na Sodio No(ps) Si Na C Carbono CO 2 H Hidrógeno H 2 O O Oxígeno H 2 O (ps) poco soluble Deficiente Optimo Tóxico Letal CONCENTRACION DE ELEMENTO ESENCIAL Tolerable Tóxico Letal 12 12

13 coloide Imanes En Suelos Atracción Coloide Cu Coloide K Potasio Repulsión Coloide NO 3 Nitrato 13 13

14 ADSORCION: Según la naturaleza de las fuerzas que intervienen en la unión y según la sustancia, se habla de: Intercambio iónico Quimisorción Sorción física Coloide Coloide K Ca 2 Ca K 2 2K Al 3 3K K K K Al

15 Coloide NO 3 PO 4 NH 4 H PO 4 PO 4 K Ca NO 3 PO 4 Ca H K NH 4 NO 3 PO 4 NH 4 Ca H NH 4 K K H K K Ca K Ca NH K 4 PO 4 NH 4 PO 4 H Ca PO 4 Ca PO 4 NO 3 AL MENOS 3 TEORÍAS DEL INTERCAMBIO IÓNICO RED CRISTALINA DOBLE CAPA DIFUSA MEMBRANA SEMIPERMEABLE 15 15

16 Doble capa difusa Densidad iónica Anión Catión Coloide Solución suelo Distancia desde la partícula Radio iónico (Å) Cationes débilmente hidratados solubles Cationes fuertemente hidratados solubles Oxidos e hidróxidos anfotéricos facilmente precipitados Aniones solubles Valencia 16 16

17 Expresión del intercambio en suelos CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO (cationcation exchange capacity) Cantidad total de cationes intercambiables que un material o suelo puede adsorber a un determinado ph. Eventualmente al desarrollarse carga positiva se habla de CAPACIDAD DE INTERCAMBIO ANIONICO Carga dependiente del ph CIA, CIC CIA, Capacidad de Intercambio aniónico CIC, Capacidad de Interambio catiónico Carga total CIA CIC (cmol c /kg) (cmol c /kg) ph de la suspensión 17 17

18 Capacidad de intercambio catiónico CIC cmol() kg 1 = meq/100 g número de cargas!!! no número de iones CIC depende de: Cantidad de arcilla y M.O Tipo de mineral de arcilla presente Tipo de coloide Humus (M.O) Arcillas silicatadas Oxidos de Al y Fe Carga negativa Carga positiva 200 cmol c /kg 0 cmol c /kg 100 cmol c /kg 0 cmol c /kg 4 cmol c /kg 5 cmol c /kg 18 18

19 Suelo Calculando CIC 1 mol de carga: 1 mol de cationes monovalentes 1/2 mol de cationes divalentes 1/3 mol de cationes trivalentes 19 19

20 Regla general CIC = (% M.O x 200) (% Arcilla x 50) CIC de minerales de arcilla: 3 a 150! CIC de arcilla (cmol c /kg) Caolinita 315 Illita y clorita 1040 Halloisita 550 Esmectitas (Montmorrillonita( Montmorrillonita) Vermiculita Alofana (suelos( volcánicos) < 100 S.Húmicas (humatos>huminas>fulvatos( humatos>huminas>fulvatos) M.O oxidos e hidróx. Fe y Al 4 CIC de otros Limo de cuarzo < 0,01 Cuarzo 12 Feldespatos

21 Mineral Condición CIC Potencial Superficie secundario Tipo de unión / [cmol/kg] hinchamiento específica interlaminar [m 2 /g] carece de Caolinita 1 : 1 superficie 3 15 casi 5 20 (noexpandible) interlaminar; nada fuerte unión muy débil Montmorillonita 2 : 1 unión, gran alto (expandible) expansión debil unión Vermiculita 2 : 1 gran alto (expandible) expansión pérdida parcial Mica hidratada 2 : 1 de K, fuerte bajo (noexpandible) unión CIC y textura Clase textural CIC (cmol c /kg) Arenosa 23 Franco arenosa 310 Franca 1116 Franco limosa 1326 Arcillosa y arcillo limosa

22 Cálculo CIC suelo = Σ (% Ai x CIC Ai ) (%M.O x CIC MO MO ) CIC vs.intensidad de meteorización Carga ( (cmol c /kg) 2:1 CIC CIA 1:1 Oxidos Fe & Al Meteorización 22 22

23 Cationes adsorbidos : zona Húmeda Arida H K Ca 2 H H Al 3 Cationes adsorbidos Orden H S cationes de reacción ácida cationes de reacción básica 23 23

24 Saturación básica (SB) Σ (Ca, Mg, Na, K) SB(%)= 100 Σ (cationes) Σ (Ca, Mg, Na, K) SB(%)= 100 CIC Acidez del suelo ActivaActiva Potencial 24 24

25 H Ca NH 4 Mg Ca K Ca Ca H H H H Al Ca Mg Ca H Al Mg Al Cantidad: Acidez Potencial Ca K H Tamponamiento H Intensidad: Acidez Activa ph Tamponamiento Suelo tiende a impedir cambios de ph Si hay > arcilla y M.O > tamponamiento Enmienda aplicada FA FL Fa a Franco arcillosa CIC = 25 cmol c /kg Franco limosa CIC = 15 cmol c /kg Franco arenosa CIC = 10 cmol c /kg Arenosa CIC = 5 cmol c /kg ph 25 25

26 Reacción Redox catalizada por bacteria Compuestos Orgánicos e Bacteria reductora del Metal Fe 3 Fe 2 Procesos Redox en Suelos Reacciones Respiración A eróbica Corg > CO 2 O 2 > H 2 O Corg > HCO 3 NO 3 > N 2 Corg > HCO 3 Oxidación Reducción de nitrato (Desnitrificación) Respiración Anaeróbica Ferm entación MnO 2 > Mn 2 Corg > HCO 3 Fe 3 > Fe 2 Corg > HCO 3 SO 2 4 > H 2 S Corg > CO 2 Corg > CH 4 R educción Mn /Fe Reducción de Sulfato (Form ación de H 2 S) Form ación de Metano 26 26

27 Potencial redox (Eh) crítico en solución a ph Potencial Redox, Eh (mv) O 2 H2O NO 3 N2 O2 NO 3 Descomposición del agua MnO2 Mn 2 Mn 2 Fe(OH) 3 Teórica en Soluciones Medida en la Solución Suelo 0 Fe 2 SO 4 2 CO H 2 S H2O CH4 Descomposición del agua H2 R educción Anaeróbica en suelos Reacciones entre Metales y el suelo Intercambio iónico y Adsorción Transferencia de masa Precipitación y Disolución Concentración del metal en la Solución suelo Reacción Redox Formación de complejo Reacción AcidoBase 27 27

28 Expresiones de sodicidad Porcentaje de sodio intercambiable (PSI) [Na] PSI= x 100 (%) CIC Relación de adsorción de sodio (RAS) [Na] RAS= (Ca Mg)/2 Tipos de suelo según salinidad PSI (%) 15 Suelo sódico Suelo normal Suelo salinosódico Suelo salino CE (ds m 1 ) 28 28

29 Habilitación de suelo según salinidad PSI (%) 15 Enmienda lavado Enmienda lavado Lavado CE (ds m 1 ) Salino Sódico Salinosódico 29 29

30 Habilitación de suelo según salinidad PSI (%) 15 CaCO 3 /CaO/CaSO 4 lavado CaCO 3 /CaO/CaSO 4 lavado Lavado CE (ds m 1 ) Sales Solubilidad máxima (g L 1 ) MgSO 4 363,0 Na 2 SO 4 504,0 CaSO 4 2,5 NaCl 453,0 MgCl 2 618,0 Na 2 CO 3 693,0 Na H CO 3 272,0 CaCO 3 0,8 MgCO 3 0,

31 Solubilidades en agua a 20 C g L 1 CaCO 3 0,01 MgCO 3 0,10 CaSO 4.2H 2 O 2,40 Na 2 CO 3 71,00 KNO 3 150,00 Na 2 SO 4.7H ,00 MgSO 4 262,00 Ca(HCO 3 ) 2 262,00 NaCl 360,00 MgSO 4.7H ,00 NaNO 3 921,00 MgCl 2.6H 2 O 1.670,00 CaCl 2.6H 2 O 2.790,

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