edafo propiedades quimicas
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CAPACIDAD DE INTERCAMBIO
CAPACIDAD DEINTERCAMBIO
COLOIDES
CARGAS NEGATIVAS
CARGAS POSITIVAS
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICA
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO ANIONICA
INORGANICOS ORGANICOS
-ARCILLAS -OXIDOS DE Fe Y Al -ALOFANO
HUMUS
INTERCAMBIO IÓNICOEl intercambio iónico es un proceso reversible, estequiométrico y rápido mediante el cual la fase sólida retira y retiene algunos iones de la solución del suelo, al tiempo que le entrega cantidades equivalentes de otros, para establecer un nuevo equilibrio entre las 2 fases.
Se da por atracción electrostática entre la superficie cargada de un coloide y un ión con carga contraria y se
llama adsorción
Se expresa en cmol (+) kg-1 de suelo o en meq (100g de suelo) -1
Daniel F. Jaramillo J. Profesor Titular. Universidad Nacional de Colombia. Medellín.
1 EQUIVALENTE QUIMICO DE UN ELEMENTO X = EQUIVALENTE QUIMICO DE UN ELEMENTO Y
1 me X /100g = 1 me Y/100g
CARACTERÍSTICAS DEL INTERCAMBIO CATIÓNICO
GENERALMENTE EQUIVALENCIA QUÍMICA
PROCESO REVERSIBLE
LÍMITE GENERAL. NETO
EQUILIBRIO RÁPIDO Y DINÁMICO - INTERCAMBIO CONTINUO
REGULADO POR LA LEY DE ACCIÓN DE MASAS
CARACTERÍSTICAS
CANTIDAD Y TIPO DE ARCILLA Y DE MO ACTIVA DEL SUELO
SUPERFICIE ESPECÍFICA QUE PRESENTEN LOS COLOIDES DENSIDAD DE
CARGA DE LOS COLOIDES
PROPIEDADES DEL CAMBIADOR
(COLOIDE):
FACTORES QUE CONTROLAN EL INTERCAMBIO IÓNICO
Estructura de las unidades básicas de arcillas: (a) octahédrica, (b) capa octahédrica, (c) tetrahédrica y (d) capa tetrahédrica.
ARCILLAS:MINERALES SILICATADOS SECUNDARIOS (FILOSILICATOS), DE ESTRUCTURA CRISTALINA ( ORDENAMIENTO INTERNO DE SUS ATOMOS)
ORIGEN DE LAS CARGAS EN MINERALES ARCILLOSOS:
- Ionización- Sustituciones isomórficas en la red- Ruptura de enlaces en la estructura
ORIGEN DE LAS CARGAS EN ÓXIDOS E HIDRÓXIDOS:
- Al-OH + OH- Al-O- + H+
⇒carga dependiente del pH o de tipo variable⇒ Sustitución Isomórfica
-INESTABILIDAD -POTENCIAL NUTRICIONAL
SUSTITUCION ISOMORFICA
NATURALEXPONTANEAIRREVERSIBLE
TETRAEDROS DE Si=0.042nm
TETRAEDROS DE Al=0.051 nm
SUST.ISOMORF
3+Al
SUSTITUCION ISOMORFICA
TRIOCTAEDRICA
DIOCTAEDRICA
ORIGEN DE LAS CARGAS EN COLOIDES ORGÁNICOS:
•Son de estructura variable, compleja, poco definida• Inestables• El tamaño de micelas es pequeño
- grupos carboxilo --COOH- grupos fenólicos --OH- grupos enólicos --OH
EL GRUPO CARBOXILICO PARTICIPA EN EL ORDEN DEL 90%
EFECTO DE LA REACCION DEL SUELO EN LA CIC-WISCONSIN-
REACCION DEL SUELO
mmol (+) /kg VALORES MEDIOS DE 60 SUELO
MO SILICATOS LAMINARES
SUELO GLOBAL
%CIC DE LA MOS
2.5 360 380 58 1
3.5 730 460 75 28
5.0 1270 540 97 37
6.0 1310 560 108 36
7.0 1630 600 123 40
8.0 2130 640 148 45
HELLING, G., CHESTERS y R.B. COREY. Soil Sci.Soc. Amer. Proc. 28:517 ,1964
ARCILLAS
FILOSILICATOS
MONTMORILLONITAMONTMORILLONITA1. Suelos muy pesados,dificulta mecanización, depende del
contenido de agua
2. Ruptura de raíces al agrietarse
3. Condiciones de reducción en estación lluviosa
4. Suelos son inestables para obras de ingeniería
5. Cercas, muros y paredes se inclinan, pisos se levantan
6. Superficie específica interna y externa muy grande
-15 a 20 veces mayor que 1:1 -alta susceptibilidad absorber agua y nutrientes -alta CIC: 80-120 cmol(+)/L
GILBERTO CALBACETA
7.Alta retención de bases y fertilizantes
-alta capacidad de reserva
8.Retienen diferentes compuestos o iones: M.O., plaguicidas (herbicidas)
� -inactivación inicial alta
� -persistencia y efecto residual también
9.Carga superficial permanente (Mg/Al en octaedros)
-llega indirecta, difusa, menos “fuerte”
-20% carga por bordes rotos
GILBERTO CALBACETA
1. Se hidrata por dos capas de agua: -no es tan pegajosa ni plástica -no presenta problemas de manejo (es expandible)
2. Superficie específica externa e interna similar a mont.
3. Carga en los tetraedros: Al/Si -carga es más directa, más “fuerte”, más densa -más potencialidad nutricional -más CIC: 100 – 150 cmol(+)/L -mayor retención de herbicidas, M.O. y forman complejos -poca cantidad en suelo repercute en fertilidad -fija K y NH4
-si fija mucho K, se convierte en ilita
VERMICULITA VERMICULITA Arcilla 2:1
GILBERTO CALBACETA
1. Arcilla 2:1
2. fija K entre sus capas -se restringe capacidad de expansión -aumenta el tamaño de las partículas -desaparecen superficies internas entre láminas -CIC: 20 – 50 cmol(+)/L -reduce potencial nutricional
3. Carga por sustitución isomórfica, permanente
4. Poco común como material principal
5. Vertisoles, Alfisoles, Inceptisoles, Entisoles
ILITAILITA
GILBERTO CALBACETA
Hexagono = 2.8 A
K = 2.66 A
1. Estados intermedios de cualquier arcilla
-mezclas de 2, 3, 4 y más arcillas
-micas revueltas con montmorillonitas,
vermiculitas, cloritas o alofanas
2.Mucha sustitución isomórfica, pero depende del
material
3.Menos comunes en los trópicos
INTEGRADOS O CAPAS INTERESTRATIFICADASINTEGRADOS O CAPAS INTERESTRATIFICADAS
GILBERTO CALBACETA
SUPERFICIE ESPECÍFICA
Caolinita de elevada cristalinidad hasta 15 m2/g Caolinita de baja cristalinidad hasta 50 m2/g Halloisita hasta 60 m2/g Illita hasta 50 m2/g Montmorillonita 80-300 m2/g Sepiolita 100-240 m2/g Paligorskita 100-200 m2/g
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO
Caolinita: 3-5 Halloisita: 10-40
Illita: 10-50 Clorita: 10-50
Vermiculita: 100-200 Montmorillonita: 80-200
Sepiolita-paligorskita: 20-35
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN HIDRATACIÓN E
HINCHAMIENTO
PLASTICIDAD TIXOTROPÍA
CARACTERISTICAS GENERALES
DE LAS ARCILLAS
METORIZACION QUIMICA
El CO2 disuelto en el agua de lluvia o de los ríos puede desencadenar una serie de procesos hidrolíticos:
CO2+H2O ® H2CO3+FELDESPATOS = ARCILLAS: Al2Si2O5(OH)4
TRES EJEMPLOS CONDUCENTES A LA FORMACIÓN DE ARCILLAS:
1) Hidrólisis de anortita (plagioclasa cálcica):CaAl2Si2O8+2H2CO3+H2O ® Ca2++2 HCO3
-+Al2Si2O5(OH)4
2) Hidrólisis de la albita (plagioclasa sódica):2NaAlSi3O8+2H2CO3+9H2O ® 2Na++2HCO3
-+Al2Si2O5(OH)4 +4H2SiO4
3) Hidrólisis de la ortoclasa (feldespato potásico):2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O ® 2K++2HCO3
-+Al2Si2O5(OH)4 +4H2SiO4
Características de cargas de coloides representativos.
TIPO DE COLOIDE CARGA NEGATIVA CARGA POSITIVA
cmol / kgPremanente
cmol/kgConstante
%Variable %
ORGANICO 200 10 90 0
SMECTITA 100 95 5 0
VERMICULITA 150 95 5 0
MICA FINA 30 80 20 0
CLORITA 30 80 20 0
CAOLINITA 8 5 95 2
HALLOYSITA* 18 33 67 15
GIBBSITA 4 0 100 5
GOETITA 4 0 100 5
ALOFANA* 51 20 80 17
TURBA* 136 28 72 6
FUENTE: BRADY 1990 * CITADO EN SANCHEZ PEDRO 1976
CARGA PERMANENTE
FRACCION ORGANICA
FRACCION INORGANICA
CARGA EN FUNCION DEL pH o VARIABLE
CIC
me/100g
pH4.0 7.0
5.5 6.0 6.5 7.0
CIC pH suelo
BT
Ac.no Interc.
CIC pH 7.
Ca
MgK
Na
HHHHHH
Cargasdep.pH
Cargasdep.pH
Cargasperm.
Cargasno
operat.pH delsuelo
Cargasoperat.pH delsuelo
SUELOS CON ALUMINIO
Al Ac. Intercambiable
pH + 7.0, CIC= 10
AcNH4+ BUFERADA o TAMPONADA A pH 7.0
pH 4.0, CIC = 8
K Ca Al Al
Al Mg Al Al
NH4+ NH4
+ NH4+NH4
+
NH4+NH4
+
NH4+NH4
+ NH4+ NH4
+
FILTRADO:5 Al, 1 Ca, 1 Mg, 1 K
CARACTERISTICA ANFOTERICA
DOBLE CAPA DIFUSANo existe una sola capa de cationes que se encuentra neutralizando las cargas negativas de los coloides
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
C
O
L
O
I
D
E
Ca
+ +
Ca
+ +
Ca
+ +
Mg
K
Mg
Mg
K
Na
K
SOLUCION
SUELO
Menor fuerza
DOBLE CAPA DIFUSA
pH
cmol de OH agregados
humus
smectita
“illita”
caolinita
CAPACIDAD TAMPÓN
Solución y oxidación de pirita y otros sulfuros pH : 2-4
Compuestos alumínicos pH : 4-5.5
Complejo de cambio pH : 5.5-6.8
Materia orgánica y minerales pH : 6.8-7.2
Carbonatos de Ca y Mg pH : 7.2-8.5
Sodio de cambio y carbonato sódico sólido pH : 8.5-10.5
CATIONES DE INTERCAMBIO: son los cationes asociados al suelo que pueden intercambiarse con los de la solución sin que se descompongan los sólidos del suelo
a) BASES DE INTERCAMBIO: le confieren al suelo un carácter básico : Ca++, Mg++, K+ y Na+
b) ALUMINIO (AL+++ ) O ACIDEZ INTERCAMBIABLE:
el Al hexahidratado, le confiere al suelo acidez, pudiendo ceder protones por disociación de sus moléculas de agua
TERMINOLOGÍAS
A pH IGUAL A 7.0 V es = 100%
SATURACION DE BASES DE CAMBIO ( V)
TASA DE SATURACION DESCRIPCION
< 40 % DESATURADO
40 – 50 % LIGERAMENTE
SATURADO
50 – 80 % MODERADAMENTE
SATURADO
> 80 % SATURADO
SATURACION DE BASES EN EL COMPLEJO DE CAMBIO
ADSORCIÓN ESPECÍFICA CATIÓNICA
• Los sesquióxidos de Fe, Al y Mn son los principales responsables
• Metales alcalinos y metales pesados Zn, Co y Cd
• Acumulación de Mn, Cu, Co, Ni, Zn, Pb,Cr, V
• Controla disponibilidad y toxicidad de iones metálicos para la planta
Jaramillo J. Profesor Titular. Universidad Nacional de Colombia. Medellín
RETENCION DE CATIONES•CARACTERISTICAS DE INTERCAMBIADOR
MATERIA ORGANICA :Na < K < NH4+ <Mg< Ca < Ba < Mn
CAOLINITA : Na < H < K < Mg < Ca
MONTMORILLONITA :Na < K < H < Mg < Ca
MICA : Na < Mg < Ca < K < H
Ac. HUMICO : Na < K < Mg < Ca < H
REDUCCION EN LA RELATIVA FACILIDAD DE DESPLAZAMIENTO
•CARACTERISTICAS DEL ELEMENTO
-VALENCIA : CATIONES DE MAYOR VALENCIA SON MAS FUERTEMENTE RETENIDOS.
-DIAMETRO EFECTIVO E HIDRATACION: LOS CATIONES DE MENOR DIAMETRO SON MAS HIDRATADOS POR LO QUE SON MENOS FUERTEMENTE RETENIDOS
H+>Al+++>Ca++>Mg++>K+>NH4+>Na+>Li+
MATERIA ORGANICA DEL SUELO
SOLUCION AGREGADA
% DE Ca REEMPLAZADO POR:
L MOL /L Ba2+ NH4+
0.025 0.04 49.7 29.8
0.100 0.01 50.2 20.8
0.200 0.005 50.8 16.6
0.400 0.0025 52.7 15.2
Schachtschabel P. 1940
Jenny y Reitemeier 1935
RELACION DE CARGA Y TAMAÑO DEL ION A RETENCION DEL ION
ION RADIO CRISTALOGRAFICO
DESHIDRATADO
% DE C+ LIBERADO POR
NH4+O K+
Na 0.097 67
K 0.133 49
NH4+ 0.143 50
Mg 0.066 31
Ca 0.099 29
Ba 0.134 27
Al 0.051 15
Capacidad que posee un suelo de adsorber aniones intercambiables y es equivalente a la carga positiva del mismo
• Es importante en suelos con altos contenidos de sesquióxidos de Fe y Al y en suelos tropicales fuertemente intemperizados, sobre todo a pH bajo
• Afecta algunos nutrientes para la planta como NO3- y SO4
2- y facilita la contaminación de suelos con algunos pesticidas, como el 2,4,5-T y el 2,4-D, así como algunos metales pesados como el Cr y el As
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO ANIONICO (CIA)
•Determina la retención de fosfatos,sulfatos y silicatos• Determina la fijación de fosfatos
RETENCION DE ANIONES
•RUPTURA DE ENLACES Si-O
Al – OH
OH
•CARACTER ANFOTERICO DE LOS COLOIDES:
VARIA DE ACUERDO CON EL COMPUESTO, PUES CADA UNO DE ELLOS PRESENTA UN DETERMINADO pH PARA MANIFESTAR SU CARÁCTER ANFOTERICO
DOBLE CAPA DIFUSA
LOS ANIONES SON ADSORBIDOS COMO EFECTO RESIDUAL DE LA DESORCION DE CATIONES
OXISOL INCEPTISOL
cmol(+)/kg cmol(+)/kg
pH Cl- SO42- PO4
3- pH Cl- SO42-
6.7 0.3 2.0 41.2 6.8 0 22.0
5.8 2.4 7.1 50.8 5.6 0 36.5
4.0 6.0 ----- 88.2 4.0 0.05 47.4
H2PO4->HPO4
2->SeO42-=HMoO4
-=F->SO42->Cl->NO3
-
LA TABLA QUE SE MUESTRA A CONTINUACIÓN RESUME LAS
RELACIONES.
pH o REACCION DEL SUELO
pH DEL SUELO Y DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES
� Valor óptimo de pH: 5 – 6� Máxima disponibilidad de nutrientes
� Valores altos de pH:� Disponibilidad reducida de nutrientes
� Valores bajos de pH:� Disponibilidad reducida de nutrientes
� Niveles tóxicos de Al, Mn
SALES SOLUBLES ACIDAS,BASICAS O NEUTRAS QUE APARECEN POR: -METEORIZACION DE MINERALES -MINERALIZACION DE LA MO -AGUA DE RIEGO -ADICION DE FERTILIZANTES -ESTADO OXIDO REDUCTIVO
OXIDOS DE Fe, Al, QUE EN MEDIO ACIDO PUEDEN MODIFICAR EN FORMA SIGNIFICA EL pH
EL HUMUS QUE TIENE GRUPOS FUNCIONALES DEL TIPO: CARBOXILIXCOS, FENOLICOS, ENOLICOS, etc
PRODUCCIÓN DE CO2
QUE PASA A H2CO3GENERANDO
HIDROGENIONES
PRESENCIA DE ACIDOS ORGANICOS DE BAJO PESO MOLECULAR, ACETICO, CÍTRICO, etc
PRESENCIA DE ACIDOS FUERTES COMO EL SULFURICO, NITRICO, POR ACTIVIDAD MICROBIAL
FACTORES QUE AFECTAN EL pH
pH DEL SUELO - ALUMINIO
CLIMA
MATERIALGENERADOR
PRODUCCION DE CO2
ACTIVIDAD DE MICROORGANISMOS-
ACTIVIDAD: RAICES DE PLANTAS
PRODUCCION DE H+
RAICES INTERCAMBIO
HUMIFICACION
Ac HUMICOS Ac FULVICOS
CAUSAS DE LA ACIDEZ
FERTILIZANTES
HIDRÓLISIS DEL ALUMINIO
Ocurre con el aumento del pH
Al(H2O)6+++ + H2O → Al(H2O)5OH++ + H3O
+
Al(H2O)5OH++ + H2O → Al(H2O)4(OH)2+ + H3O
+
Al(H2O)4(OH)2+ + H2O → Al(H2O)3(OH)3 + H3O
+
precipitado
.
Daniel Velázquez
Daniel Velázquez
OXIDACION
REDUCCION
pH DE DISTINTOS ABONOS A DETERMINADAS CONCENTRACIONES EN AGUA DESTILADA
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0 3,0
gr/l
pH
SULFATO POTASICO
NITRATO CAL NORUEGA
F. MONO POTASICO
F. MONO AMONICO
N. AMONICO 33,5
NITRATO POTASICO
SUELO EL ALTO. Moderadamente profundo, pardo amarillento c laro, textura gruesa sobre media, estratogravoso a 60-80cm de profundidad, reacción ligeramente a moderadamente alcalina, drenaje moderado.
SUELO VENTARRONES. Profundo, textura gruesa, pardoamarillento claro sobre gris claro, reacción ligeramente a fuertemente alcalina, textura gruesa, PSI mayor de 15%, drenaje excesivo.
VALLE COSTERO
LOMAS DE LACHAY
Guadalupe et al. 2002
Huascarán
Características nutricionales de algunos suelos ácidos de Pucallpa
CE dS/m
Análisis mecánico (%)
pH 1:1
MO %
Disponibles Saturación (%)
Arena Limo
Arcilla P ppm
K20 kg/ha
Bases Acidez (Al)
0.05 24 36 40 4.7 2.77 2.4 98 34.7 65.3
0.07 52 36 12 4.6 3.07 5.0 154 62.3 37.7
0.22 52 40 8 4.7 3.07 9.3 211 91.5 8.5
0.08 38 32 30 4.4 2.33 3.3 193 23.2 76.8
0.27 40 32 28 3.9 3.07 4.2 372 29.2 70.8
0.04 34 30 36 4.5 2.18 2.4 180 37.9 62.1
0.28 88 12 0 4.1 23.50 11.0 1030 90.8 9.2
En base a datos del Laboratorio de suelos -UNALM
AGUAYTIA
Áreas degradadas: 36,000 Has Aprox.
MOYOBAMBA
Áreas degradadas: 15,000 Has Aprox.
TOCACHE
Áreas degradadas: 18,000 Has Aprox.
TRES UNIDOS
Áreas degradadas: 1,000 Has Aprox.