aula 4 - propriedades físico quimicas do solo [modo de compatibilidade]

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Fertilidade do soloAula 4

Universidade Federal do Amazonas

20152

Propriedades físico-químicas do solo1. Sistema coloidal2. Mineralogia da fração argila3. Origem das cargas elétricas do solo4. Adsorção e capacidade de troca catiônica (CTC)5. Fator intensidade, quantidade e capacidade tampão.6. Ponto de carga zero

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1. Sistema coloidal

Colóide no estudo da fert. do solo:

Partícula sólida, orgânica ou inorgânica, de pequenotamanho (2 μm), com cargas elétricas em sua superfície,com grande área superficial por unidade de massa (Brady

weil, 2008), imersas na solução do solo ou ar

No sistema ocorrem reações químicas, físico-químicas e microbianas da maior importância no estudo dos solos

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1. Sistema coloidal

Colóide mineral. Ex; caulinita

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1. Sistema coloidal

Colóide orgânico; Ex: ácido húmico

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1. Sistema coloidal

Propriedades do sistema coloidal:1- Grande superfície específica2- Cargas elétricas3- Cinética

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1. Sistema coloidal

Propriedades do sistema coloidal:

1.1- Grande superfície específicaGrande área pela unidade de massa do material (m2 g-1)

Logo, as seguintes propriedades influenciam as propriedades químicas do solo: •- Textura•- Tipos de minerais de argila•- Teor de matéria orgânica

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1. Sistema coloidal

Propriedades do sistema coloidal:1.1- Grande superfície específicaGrande área pela unidade de massa do material (m2 g-1)

Constituinte da fração argila Superfície específica (m2 g-1)

Gibssita 1-2,5

Caulinita 10

Goethita 30

Mica hidratada 100-200

Clorita 100-175

Óxidos de ferro 100-400

Sílica amorfa 100-600

Vermiculita 300-500

Montmorilonita 700-800

Matéria orgânica ±700

(Grohmann, 1975)Para um mesmo volume a área da superfície é inversa ...

1. Sistema coloidal

Propriedades do sistema coloidal:1.2- Cargas elétricas

5 μm

-

--

-

-

--

-

-

--

-

--

-

- -

--

--

-

--

-

-

+

+ +

+

+ +

--

--

--

--

--

--

-

-

-

- -

-

--

-

--

--

+ +

++ +

+

+

+

-

-

-

Montm

orilon

Os colóides possuem mais cargas positivas, ou mais cargas negativas em superfície?

Kaolinit10

COMO PROVAR QUE O SOLO TEM CARGAS?

Material:

Becker 100 ml200 g de solo

20 ml ãgua destiladaPilha (9v)

2 fios de cobre

Folha de papel branca

+

-

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Demonstrando que partículas do solo tem cargas!

+

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1. Sistema coloidal

Propriedades do sistema coloidal:

1.3- Cinética

As partículas dispersas em meios líquidos apresentammovimentos.

O movimento dá-se:1- Pela migração de uma região de > [] para outra de < []2- Força gravitacional

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2. Mineralogia da fração argila

2.1 Argilas silicatadas- Montmorilonita- Ilita- VermiculitaSolos sob clima temperado - menos intemperizado

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2. Mineralogia da fração argila

2.2 Minerais não silicatadas e silicatadas (1:1)

-Óxidos: Hematita (Fe2O3), Goetita (FeOOH), Gibbsita Al(OH)3

-Caulinita (1:1)

Solos sob clima tropical – mais intemperizado

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3. Origem das cargas elétricas do solo

3.1 Cargas negativas

Qual a origem das cargas elétricas do solo?

1-Substitução isomórfica (CARGAS PERMANENTES)

2-Dissociação (CARGAS VARIÁVEIS / pH dependentes)

3-Protonação da matéria orgânica (CARGAS VARIÁVEIS / pH dependentes)

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3.1 Cargas negativas

1- Substitução isomórfica (CARGAS PERMANENTES)

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3.1 Cargas negativas3.1.1- Substitução isomórfica (CARGAS PERMANENTES)

PRINCIPAIS SUBSTITUIÇÕES ISOMÓRFICAS:

- TETRAEDROS DE Si: Si4+→Al3+

- OCTAEDROS DE Al: Al3+→Fe2+ e Al→Mg2+

Ocorre em minerais de argila tipo 2:1

http://virtual-museum.soils.wisc.edu/soil_smectite/index.html

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3.1 Cargas negativas3.1.2- Dissociação (CARGAS VARIÁVEIS/pH dependentes)

Ocorre em:•minerais silicatados de argila tipo 1:1 (caulinita) •minerais não silicatados óxidos de Fe e Al (hematita, goetita, gibbsita)

Al OHH+ OH-

Al O Al O- + H2O

H+

H+

•GERAÇÃO DE CARGAS (+) (CTA)

Ao acidificar a solução

GERAÇÃO DE CARGAS (-) (CTC)

Ao alcalinizar a solução

Óxido de Al

http://virtual-museum.soils.wisc.edu/kaolinite/index.html

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3.1 Cargas negativas3.1.3- Protonação da matéria orgânica(CARGAS VARIÁVEIS – pH dependent)

http://virtual-museum.soils.wisc.edu/som/index.html

H+

R C

OH+

OH+

R C

OH

O

R C

O-

O-

OH-

H+

OHOH-

O-OH2+

Radical carboxílico

Radical fenólico

•GERAÇÃO DE CARGAS (+) (CTA)

Ao acidificar a solução

GERAÇÃO DE CARGAS (-) (CTC)

Ao alcalinizar a solução

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Capacidade de troca de cátions determinada a pH 7

Material coloidal CTC (e mg 100 g-1)

Matéria orgânica 250-400

Montmorilonita (2:1) 80-120

Caulinita (1:1) 5-15

Óxido de Fe e Al 2-25

Vitti & Domeniconi (2010)

Solos de São Paulo - 56 a 82% da CTC é devida a MOS (Raij, 2011, pg 54)

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Já sabemos como as cargas elétricas (+) ou (-) do solo (colóides) são geradas.

E como os íons da solução do solo interagem com as cargas dos colóides?

4. Adsorção e troca iônica (ou de cátions)

Adsorção: Ligação dos íons na superfície dos colóides devido a presença de

cargas nas superfície dos colóides (minerais e MOS)Dessorção: Liberação dos íons retidos na superfície dos colóides para a solução do solo

↔

Fatores que interferem na adsorção/dessorção

ver pg 243 Havlin et al., 2013

Clay mineral:Hydrous oxides: Soil OM: Soil depth:Soil pH:Solution concentration:Competing ions:

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• Quais os tipos de adsorção existente entre íons e colóides?

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4. Adsorção e troca iônica

Complexo de esfera-externa(adsorção não específica)

• Moleculas de H2O entre os íons e o grupo funcinal• Atração eletrostática entre íon e o colóide• e- não compartilhados• Ocorre com cátions trocáveis: K+, Ca2+, Mg2+, Na+, NH4

+, Al3+

• Ocorre com ânions trocáveis: SO42-, NO3

-, Cl-

• Ligação relativamente fraca

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Complexo de esfera-interna (adsorção específica)

• Ligação forte entre íons e colóides• e- são compartilhados• Reação mais íntima• Sem H2O entre as ligações• Adsorção específica• Ocorre com: H2PO4

-, Co2+, Cu2+, Fe2+, Mn2+, Zn2+, Pb2+, Cd2+

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• O P tenderá a ser móvel no solo?

• K+, NO3- tenderão a ser mais móveis que P?

• A adubação em cobertura com adubo fosfatado tem a mesma eficiência que a adubação com K e NO3

-?

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Adsorção catiônica: É a neutralização das cargasnegativas dos colóides por íons eletropositivos (Ca2+,Mg2+, Al3+, H+, K+, Na+, NH4

+)

Capacidade de troca catiônica (CTC):Expressa a quantidade de cátions que o solo pode reterna forma de complexos de esfera-externa.

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Princípios da CTC:

1- Reversível: cátion adsorvidos podem ser deslocados por outros e, assim,

sucessivamente

Colóide K+

Ca2+ 6 NH4+ (solução do solo)

Al3+

2- Estequiométrica: um molc de um cátion é trocado por um molc de outro

cátion (ver ex acima)

3- Rápida: 5 – 15 min4- Preferencialidade de troca depende da densidade decargas

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Princípios da CTC:

1- Reversível:...2- Estequiométrica:...3- Rápida:...4- Preferencialidade de troca depende do material coloidal e características

dos cátios Z/r (Z = valênica do íon, r = raio do íon hidratado)

FORÇA DE ADSORÇÃO 32

AD

SO

RÇ

ÃO

LIX

IVIA

ÇÂ

O

Série

liotró

pica

H+

>>

>A

l 3+

>C

a2

+>

Mg

2+

>K

+=

NH

4+

>N

a+

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Quais os fatores afetam a CTC?

1- Área superficial específica: A CTC é diretamente proporcional a superfície específica doscolóides (prática- Adicionar MOS solo)

2- pH da solução do solo: A CTC é diretamente proporcional ao pH do solo (argila 1:1,óxidos de Fe e Al e MOS). Relacionado à dissociação e protonação da MOS. (prática -calagem)

3- Adsorção específica de ânions: A CTC aumenta com adsorção de ânions (H2PO4-, SO42-)

aos colóides devido ao decréscimo de cargas (+) e aumento da carga líquida (-).

4- Teor de matéria orgânica no solo: A CTC é diretamente proporcional à [MOS]. 1- Radicaisda MOS se adsorvem às cargas (+) da caulinita e óxidos de Fe e Al. (prática – adicionarMOS), aumentando as cargas a CTC;

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Adsorção aniônica (CTA): é a atração dos ânions (NO3-,

SO42-, Cl-) pelas cargas positivas que ocorrem nos óxidos

de Fe e A, e nos minerais tipo 1:1.

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5. Fator intensidade, quantidade e capacidade tampão

•Fator quantidade (Q) – é reserva do íon disponível na fase sólidado solo, trocável como Ca2+, Mg2+, K+ ou lábil como para P, e emequilíbrio com sua concentração na solução do solo

•Fator intensidade (I) – é a concentração, ou, mais precisamente,a atividade do íon na solução do solo

•Fator capacidade/poder tampão (FC = Q/I) – é a relação entreos fatores quantidade e intensidade, dada faixa de concentraçãoconsiderada (diretamente proporcional à quantidade de cargasnos colóides)

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•Poder tampão na prática:

•Depente: da textura do solo, mineralogia econcentração de MOS

•Influencia: na resposta à adubação, mudança de pH

•Solos com textura mais fina, elevados teores de mat.orgânica (maior quantidade de cargas) terão maiorpoder tampão

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O poder tampão (FC) está realcionado com a resistência do solo à mudança de pH e também de respostas à adubação

(FC = Q/I)

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6. Ponto de carga zero (PCZ)

Relembrando: o solo apresenta cargas (+) ou (-)permanentes e pH dependentes

A proporção de cargas (+) ou (-) depende damineralogia do solo, pH, MOS...

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PCZ

Valor de pH do solo que a quantidade de cargas positivasé igual ao de cargas negativas denomina-se: ponto decarga zero (PCZ).

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Se o pH do solo > PCZ ==> dissociação de OH- ==> aumento de cargas (-) e CTCSe o pH do solo < PCZ ==> adsorção de H+ ==> aumento de cargas (+) e CTA

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PCZ em solos altamente intemperizados

•< Teor de MOS (Húmus)•> valor de PCZ•carga líquida (+)•CTA > CTC retençao de ânions

•> Teor de MOS (Húmus)•< valor de PCZ•carga líquida (-)•CTC > CTA retençao de cátions

A

B

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• FIM

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Solo 1 – rico em Caulinita Solo 2 – rico em Montmorilonita Solo 3 – rico em Quartzo

Tente responde e explicar:

•1- Qual(is) mineral(is) provavelmente ocorre em solos sob clima tropical? E temperado?•2- Qual solo possui minerais com maior superfície específica?•3- Qual solo haverá predomíno de cargas pH dependentes?•4- Qual solo haverá predomíno de cargas não pH dependentes?•5- Qual terá predomíno de cargas negativas? •6- Qual solo terá menor numero de cargas negativas?•7- Em qual (is) solos a presença da matéria orgânica será mais importante para formaçao de cargas?•8- Qual solo terá maior poder tampão e será necessário > quantidade de CaCO3 para alterar o pH?•9- Em qual solo haverá maior resposta à adubação com uma menor quantidade de adubo?

Abaixo os minerais predominates em 3 diferentes ordens de solo

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aula 4 - propriedades físico quimicas do solo [modo de compatibilidade]

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