Barreiros-PE 2014

PROPRIEDADES QUÍMICAS DO SOLO

Instituto Federal de Pernambuco - Campus Barreiros Departamento de Desenvolvimento Educacional

Coordenação do Curso Superior de Tecnologia em Agroecologia

Fundamentos de Solos

Prof. Rômulo Souza

Colóides

COLÓIDE: Compreende as partículas do solo menores que 1 µm que são responsáveis pela atividade química do solo.

A fração coloidal do solo é bastante heterogênea, pois é constituída de diferentes espécies de minerais e materiais orgânicos e, ainda, está no solo em meio a partículas maiores, como silte e areia.

Superfície especifica; Cargas elétricas e Adsorção de íons

A ASE de uma massa de partículas aumenta proporcionalmente com a diminuição do diâmetro.

É a medida da área da superfície das partículas por unidade de peso (m2 g-1).

As partículas coloidais apresentam alta superfície especifica;

Quanto maior a ASE → maior será a reatividade das partículas do solo.

Varia em função do tamanho e tipo de minerais;

Aresta

(mm)

Número de

partículas

Superfície

específica (m2/g)

Fração do solo

correspondente

10

1

0,1

0,01

0,001

1

103

106

109

1012

0,0006

0,006

0,06

0,6

6,0

cascalho

areia grossa

areia fina

silte

argila

Em geral as partículas coloidais apresentam cargas elétricas quando colocadas em um meio líquido polar.

As cargas elétricas dos colóides podem ser negativas ou

positivas.

Origem das cargas NEGATIVAS dos colóides do solo As cargas negativas existentes no solo podem ser classificadas em cargas permanentes e cargas dependentes do pH.

pH < 5,0 (predomínio de cargas positivas – atraem ânions)

pH > 5,0 (predomínio de cargas negativas – atraem cátions)

Origem das cargas POSITIVAS dos colóides do solo Normalmente ocorrem em menor quantidade que as cargas

negativas, mas prestam importante função, de vez que são responsáveis pela adsorção de ânions (muitos dos quais são nutrientes).

São sempre dependentes do pH, aumentando à medida em que este diminui.

Origem: Superfície de óxidos de Fe e Al;

Lixiviação

As cargas elétricas do solo (argilominerais e matéria orgânica) são fundamentais para a sustentação do crescimento e desenvolvimento das plantas porque são elas as responsáveis pela retenção dos nutrientes essenciais no solo.

O solo funciona como um reservatório que estoca nutrientes, liberando-os para a solução do solo em pequenas quantidades, de onde as plantas podem absorvê-los.

IMPORTÂNCIA DAS CARGAS ELETRICAS

ADSORÇÃO: Fenômeno químico de ligação ou atração entre a carga de um colóide e um íon da solução do solo e que resulta na sua retenção.

+

+

+

+

Solução do solo Colóide do solo

Na+

Na+

Mg2+

Mg2+

Ca2+

Ca2+

K+

PO43

-

PO43

-

Cl-

Cl-

Dessorção

Adsorção

Os fenômenos de adsorção e dessorção são comumente chamados de fenômenos de troca (CTC e CTA)

- Capacidade de troca de Cátions (CTC) – Cargas negativas

- Capacidade de troca de Ânions (CTA) – Cargas positivas

ELETROSTÁTICAS X COVALENTES

TIPOS DE ENERGIA DE LIGAÇÃO ENTRE COLÓIDES E ÍONS

Fatores que afetam a energia de ligação entre os colóides e o íons :

Valência – Exceto H

Raio de hidratação

Concentração do íon na solução - o aumento da concentração de um íon na solução do solo provocará maior adsorção do mesmo, deslocando os demais adsorvidos que estejam em menor concentração

Seletividade do colóide

De maneira geral, temos a seguinte ordem:

CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS - CTC

Coloide

eletronegativo

Coloide

eletronegativo

K+

Mg2+

K+

Ca2+

Al3+ K+

Mg2+

K+

Ca2+

K+ Mg2+

K+

Mg2+

Al3+

Al3+

Mg2+

Mg2+

Ca2+ Al3+

Mg2+

Ca2+

K+

K+

Equilíbrio químico: Coloide – solução do solo

CAPACIDADE DE TROCA DE ÂNIOS - CTA

Coloide

eletropositivo

Coloide

eletropositivo

Equilíbrio químico: Coloide – solução do solo

CO32-

K+

NO3-

Ca2+

Al3+ K+

K+

Ca2+

K+

Cl-

HCO3-

SO42-

PO43-

+

+

+

+

+

+

+

Cl-

NO3-

CO32-

SO42-

K+

+

+

+

+

+

+

+

Cl-

NO3-

CO32-

SO42-

Fatores que afetam a CTC do solo:

1) Quantidade e tipo de minerais de argila (1:1 e 2:1);

2) Área superficial especifica (ASE)

3) Presença de óxidos e hidróxidos de Fe e Al

4) Teor de matéria orgânica;

5) pH (cargas dependentes de pH)

- O fenômeno de troca é REVERSÍVEL; - O fenômeno de troca é uma relação ESTEQUIOMÉTRICA, isto é, obedece à lei dos equivalentes químicos;

PRINCÍPIOS BÁSICOS QUE CARACTERIZAM A CTC

Desafio 01: Quantos kg de Ca2+ um solo argiloso com CTC de 1,7 cmolckg-1 seriam adsorvidos considerando uma área de 01 hectare e uma profundidade de 40 cm e uma densidade do solo de 1,23 g cm-

3? Massa atômica do cálcio: 40,08g

1 mol de Ca2+ 40,08 g

1 molc de Ca 40,08/2= 20,04 g

1 mol de Ca 20,04 g

0,017 molc de Ca X

Peso de solo= 10000m2 x 0,4m = 4000 m3 x 1,23= 4920 t = 4920000 kg

X= 0,34 g

1 kg de solo 0,34 g

4920000 kg de solo X

X= 1672800 g = 1672,8 kg ou 1,67 t da Ca

ENTENDENDO A CTC DO SOLO e a unidade que a representa: cmolc kg-1

REAÇÃO DO SOLO

• Disponibilidade de elementos essenciais às plantas

• Problemas de toxidez de Al e Mn;

• Baixos teores de cátions de caráter básico, como Ca e Mg;

• Desenvolvimento de microrganismos do solo;

• Necessidade de calagem

IMPORTÂNCIA

CONCEITO ÁCIDO-BASE

De acordo com a definição de Brönsted-Lowry (1923), ÁCIDO é uma espécie química que doa prótons

Entende por BASE toda substância capaz de receber prótons da água dando origem ao íon hidroxila

B + H2O BH+ + OH-

HA + H2O A- + H+ (H3O+)

Os solos apresentam uma reação ÁCIDA, NEUTRA OU ALCALINA → pH

A fonte de acidez do solo deve-se a presença de “GRUPOS ÁCIDOS”

com diferentes capacidades de ceder prótons.

H

1logpH

ACIDEZ: Capacidade de uma substância liberar H+ na solução

do solo, sendo esta expresso em termos de pH

Quanto MENOR o valor de pH, MAIOR a atividade de íons H+ e maior é o caráter ácido da substância

Onde: (H+) = atividade de íons H+ em mol L-1. Concentração muito baixa~atividade

Solos tropicais Lixiviação de bases

Degradação química do solo

Forte

Média

Fraca

Fraca

Moderada

Média

Forte

Muito forte

9,0

8,0

7,0

6,0

5,0

4,0

Alcalinidade

Acidez

Neutralidade

Valor do pH define a acidez ou alcalinidade do solo

Faixas de acidez e alcalinidade encontradas na maioria dos solos agrícolas.

Fonte: Lopes, 1989

1) ACIDEZ ATIVA

TIPOS DE ACIDEZ

Medida da atividade dos íons H+ na solução do solo. É determinada pela leitura de pH do solo.

H

1logpH

Considerando uma concentração de H+= 10-3 (0,001) mol L-1, qual seria o pH?

pH = 3,0

Considerando uma concentração de H+= 10-2 (0,01) mol L-1, qual seria o pH?

pH = 2,0

Determinação da acidez ativa

O pH pode ser influenciado pelo manejo (irrigação, precipitação, adubações, calagem). Dependem da época de amostragem;

Para determinar a acidez ativa são utilizados métodos

potenciométricos com eletrodo específico;

Os métodos potenciométricos mais comuns são:

água

KCl 1 mol L-1

CaC2 1 mol L-1

POTENCIÔMETROS DE BANCADA

POTENCIÔMETROS PORTÁTEIS

Fitas indicadoras

2) ACIDEZ POTENCIAL

São os íons adsorvidos aos colóides do solo (ions H+ não dissociados)

ACIDEZ POTENCIAL = ACIDEZ TROCÁVEL + ACIDEZ NÃO TROCÁVEL

Mede a quantidade de Al3+ (principalmente) e H+ retidos pelas cargas negativas dos argilominerais e da matéria orgânica;

Esta acidez é determinada por extração, com solução de KCl 1

mol L-1 a pH em torno de 5,5, visto que para valores de pH maior que 5,6 ocorre a precipitação do Al3+

2.1 ACIDEZ TROCÁVEL

Esta acidez é representada por H + Al;

Íons H+ ligados covalentemente que se dissociam de compostos orgânicos, de grupos OH na superfície das argilas, e de alguns polímeros de Alumínio e que não são facilmente deslocados para a solução do solo

2.2 ACIDEZ NÃO TROCÁVEL

Acidez não trocável = acidez potencial - acidez trocável

Acidez potencial: Extração com um sal tamponado a pH 7,0

A capacidade tampão é "resistência que os solos apresentam a mudanças de pH". O poder tampão, também pode ser definido como sendo a quantidade de base necessária para elevar em uma unidade o pH do solo.

É maior nos solos mais argilosos e com maiores teores de matéria

orgânica.

PODER TAMPÃO

ORIGEM DA ACIDEZ DO SOLO

1) Chuva ácida; 2) Material de origem;

3) Remoção de bases :a remoção de cátions de caráter básico do solo pela lixiviação, erosão, e pelas culturas, resulta no aumento de formas trocáveis de H+ e de Al3+ no complexo sortivo (CTC efetiva).

O Al3+ na solução do solo sofre HIDRÓLISE, gerando acidez complexo sortivo (CTC efetiva).

Al3+ + 2 H2O Al(OH)2++ H3O+

Al(OH)2+ + 2 H2O Al(OH)2++ H3O

+

Al(OH)2+ + 2 H2O Al(OH)0 + H3O

+

OBS importante: Em pH superior a 5,5, todo o Al3+ estará hidrolisado. Pode-se dizer que cada mol de Al3+ produzirá três moles H3O+

4) Grupos ácidos da Matéria orgânica do solo As moléculas orgânicas apresentam radicais ácidos de superfície como é o caso dos grupos carboxílicos e fenólicos. Tais grupos dissociam-se liberando prótons (H+) na solução do solo

R – OH + H2O R – O- + H3O+

R – COOH + H2O R – COO- + H3O+

5) Argilominerais silicatados e não silicatados Os grupos estruturais Si-OH e Al-OH expostos nas superfícies dos minerais de argila silicatada, assim como os grupos Al-OH e Fe-OH nos oxihidróxidos de Fe e Al contribuem para a geração de acidez

Si ] OH + H2O Si ] O- + H3O+

Al ] OH + H2O Si ] O- + H3O+

6) Decomposição da matéria orgânica

A decomposição da matéria orgânica gera acidez de diversas formas, através de reações de nitrificação, oxidação e geração de CO2. A mineralização de compostos orgânicos libera compostos de N e S que, ao sofrerem oxidação, podem liberar prótons na solução do solo, de acordo com as reações:

A oxidação biológica de compostos orgânicos produz CO2, o qual reage com água para formar ácido carbônico, que se dissocia e acidifica o solo.

7) Fertilizantes minerais

A maior alteração do pH do solo é promovida pelos fertilizantes nitrogenados amoniacais, ou por aqueles que resultam na formação de amônio no solo, como é o caso da uréia.

O NH4+ pode, também, deslocar o Al3+ adsorvido, gerando acidez no

solo:

Argila] Al3+ + 3NH4+ ↔ Argila] (NH4

+)3 + Al3+

Al3+ + 6H2O ↔ Al(OH)3 + 3H3O+

8) Absorção de nutrientes pelas plantas

Principais formas de alcalinidade no solo

Cátions metálicos como K, Ca, Mg e Na predominando no complexo de troca podem influenciar diretamente na concentração de íons H+ (OH-):

Solo = Ca2++ 2 H2O ⇔ Solo = 2H++ Ca2++ 2OH-

Quanto maior a participação de alcalinos e alcalinos-terrosos

(saturação de bases) no complexo de troca, maior será o pH do solo.

Uso excessivo de calcário

Influência do pH sobre a disponibilidade de nutrientes

EFEITOS NOCIVOS DA ACIDEZ

A elevada acidez de grande parte dos SOLOS TROPICAIS condiciona uma alta atividade do Al na solução do solo, DEFICIÊNCIA de Ca, Mg e P.

Principais sintomas de toxicidade do Al3+ podem ser observados no sistema radicular:

- Raízes caracteristicamente curtas e grossas;

- Inibição do crescimento e coloração escura;

- Predisposição da planta injuriada a infecções por fungos;

- Inibição da divisão celular, com a conseqüente inibição do

alongamento celular

CORREÇÃO DA ACIDEZ DO SOLO

Uso do CALCÁRIO

Consiste na aplicação no solo de materiais que neutralizam a acidez, ou seja, uso de materiais de reação básica (OH-) e que tem em comum Ca+ Mg = CALAGEM.

Fontes: CaCO3 (Calcário calcítico) MgCO3 (Calcário Magnesiano),

Ca,MgCO3 (Calcário dolomítico)

IMPORTANTE A reação do calcário com o solo é relativamente lenta e depende,

basicamente, da disponibilidade de água. Por isso, recomenda-se que sua aplicação no solo seja feita com alguma antecedência ao plantio, de modo que, na época de estabelecimento das culturas, a acidez já tenha sido, pelo menos, parcialmente corrigida.

VANTAGENS DA CALAGEM

Corrigir a toxidez do Al e de Mn

Corrigir a acidez do solo, pela neutralização do H+.

Fornecer Ca e Mg para as plantas,

Gerar cargas negativas no solo e, consequentemente, aumentar a retenção de cátions (maior CTCefetiva);

Aumenta a disponibilidade de P e Mo

Aumenta a atividade microbiana - maior decomposição da Matéria Orgânica;

g) Propiciar condições para melhor crescimento dos sistema radicular e aumentar a absorção de água e nutrientes;

ÉPOCA E MODO DE APLICAÇÃO DO CALCÁRIO - Aplicado dois a três meses antes do plantio - Distribuído uniformemente sobre a superfície do solo - Incorporado com arado e grade

Aplicação superficial

Baixo custo Não há revolvimento do solo; Correção somente das camadas superficiais;

Incorporação

↑ área de contato solo/calcário Correção mais uniforme em profundidade; ↑ custo com operações Destruturação e ↑ risco de erosão

Muito obrigado pela atenção!!!