Fundamentos da Ciência do Solo

Profa. Clarice de Oliveira

ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA

CAPACIDADE DE TROCA CATIÔNICA (CTC)

CARGAS DOS COLÓIDES DO SOLO ( Origem e Tipos)

ADSORÇÃO E TROCA ANIÔNICA

COLÓIDES DO SOLO

• Superfície específica elevada

• Cargas na superfície das partículas

• Capacidade de adsorção de íons

Principais características:

Superfície específica de algumas partículas do solo

PartículaSe (m2/g)

Húmus 800-900

Argilas

Montmorilonita 700-800

alofana 70-300

Caulinita 10-20

Gibbsita 1 - 2,5

Hematita100 - 400 

Silte < 1

Areia fina < 0.1

Areia grossa < 0.001

Se = Superfície total massa ou volume

ORIGEM DAS CARGAS DOS COLÓIDES DO SOLO

Ex. montmorilonita

- - - - - - - -

Substituições isomórficas Al+3(Fe,Mg)+2 nas lâminas octaédricas que geram n cargas negativas insatisfeitas que polarizam o espaço interlamelar.

1. Decorrentes de substituições isomórficas na estrutura de argilas (cargas permanentes ou estruturais)

Esquemas da montmorilonitacargas

2. Dependem da composição da solução do solo, principalmente da concentração de H+ ou

seja do pH. (cargas variáveis)

Ex. Húmus

Ex. hematita

O O -

Desprotonação ( ocorre a pH >2,0)

cargas

+

O

Fe

O

Fe

O

OH2

CARGA: +1Adsorção: aniônica

O

Fe

O

Fe

O

OH

0H+

CARGA: ZEROAdsorção: zero

O

Fe

O

Fe

O

O -

OH

CARGA: -1Adsorção catiônica

cargas

Desprotonação e protonação (ocorre a pH ao redor de 4,0)

-

+OH

ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA

Adsorção: retenção de uma espécie química (adsorbatos) à superfície de outra

(adsorvente)Não confundir com absorção

Adsorventes do solo: partículas da fração sólida. Sendo adsorção uma propriedade de superfície, só tem expressão quantitativa a argila e a matéria orgânica

Adsorbatos:

moléculas adsorção→ molecular (principal: água)

íons → adsorção iônica

Adsorção iônica ≈ troca iônica

catiônica (CTC)

aniônica (CTA)

expressa em Cmolc/kg

Mg

KNa

H

Al

argila ou

húmus

Ca

Adsorventes do solo

Superfície do adsorvente

cátions adsorvidos (adsorbatos)cargas

ADSORÇÃO E TROCA IÔNICA

. Retenção de uma espécie química (adsorbato) à superfície da outra (adsorvente).

Adsorventes do solo: partículas da fração sólida. A adsorção uma propriedade de superfície e só tem expressão quantitativa a argila e o húmus, por apresentarem superfície específica elevada.

CAPACIDADE DE TROCA IÔNICA

(NH4)2SO4

(Ca, Mg, K2, Na2, etc..)SO4

Thompson, 1845; Way, 1850

Complexo sortivo do solo: conjunto de partículas trocadoras de íons do solo

superfícies da partícula

sítios de troca

dupla camada elétrica

solução do solo

partícula sólida

contra-íons

solução do solo

distância da superfície

con

cen

traç

ão iô

nic

a

Importância da CTC na disponibilidade de nutrientes

Ca2+

Mg2+

K+

Na+

H+

Al3+

Solução do Solo

Mg

KNa

H

Al

argila ou

húmus

Ca

Soma das cargas CTC (capacidade de troca catiônica)=

Quanto maior CTC > retenção de cátions

> Disponibilidade de nutrientes - Solos mais férteis

< Risco de perda de cátions por lixiviação

Importância da CTC na disponibilidade de nutrientes

Características Capacidade de Troca Catiônica (CTC)

1 .Estequiometria

A troca se faz por quantidades equivalentes

X.Mg + 2Na+(aq) X.Na 2+ Mg+2 (aq)

DESSORÇÃO

ADSORÇÃO

2 .Reversibilidade

X.Na + Mg+2(aq) X.Mg + 2 Na+ (aq)

Para cada espécie catiônica, a uma dada quantidade m adsorvida corresponde uma outra quantidade n em solução

X.K nK+ (aq)

3 .Equilíbrio

X = colóide

4 .Seletividade ou preferência

• Determinados cátions são adsorvidos com maior energia que outros e, assim, em igualdade de outras condições, podem deslocar estes e tomar-lhes o lugar na superfície trocadora

• A preferência é tanto maior quanto maior a carga do cátion

• Para cátions de igual carga, são preferidos os de menor hidratado

• Ordem de preferência para cátions mais comuns:

Al+3 > Ca+2 > Mg+2 > K+ > Na+

5.Concentração ou ação de massa

O aumento na concentração de um dado cátion, em solução, pode fazê-lo suplantar a preferência de outro, que será então por ele deslocado.

Superfície adsorvente

Na+

Rb+

RAIO IÔNICO (Å)

Íon Desidratado Hidratado

Li 0,78 10,03

Na 0,98 7,90

K 1,33 5,32

Rb 1,49 5,09

(Foth, 1978)

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CTC dos principais colóides do solo (a pH 7) (mE/100 g de colóide puro)

MATÉRIA ORGÂNICA 200-300

VERMICULITA 100-150

MONTMORILONITA 80-120

CLORITA, ILITA 10-40

CAOLINITA 3-15

ÓXI-HIDRÓXIDOS DE Fe e Al 0-4

Calcular a CTC para o Material de solo I e II

SOLO A(%) C(%) tipo de argila CTC do solo

I 50 1,00 caolinita 8,8

II 50 1,00 montmorilonita 54,3

A - argila

C - carbono

ADSORÇÃO E TROCA ANIÔNICA

Mais complexa e menos conhecida que CTC

Verifica-se nos sítios positivos de troca

ADSORÇÃO INESPECÍFICA (ou “NÃO ESPECÍFICA)

Fe

O

Fe

O

OH2 + Cl-

• natureza puramente eletrostática (como a CTC): Cl- e NO3-

ADSORÇÃO ESPECÍFICA (OU “SORÇÃO QUÍMICA”)

OFeOFeO

OH2

OH2

+

++ OH

O

OH

P OOFe

O O

OP

OO

-

+ 2H2O + H+

OFeOFeO

OH2

OH2

+

++ O

O

O

S OOFe

O

OH2

- + H2O

OFe

OO

O

S O

Ca(H2PO4-)2

CaHPO4

Ca3(PO4)2

Al(H2PO4-)3

Na3PO4

“FIXAÇÃO DO FÓSFORO

ID L NL

Formas de P não lábil

• adsorvido

• ocluso

• precipitado

• pH baixo: com Fe e Al (estrenguita e variscita)

• pH Alto: com Ca (fosfatos de cálcio)

A adsorção especifica é uma das formas pelas quais o fosfato IMEDIATAMENTE DISPONIVEL (livre na solução do solo) (ID) passa a imediatamente indisponível, numa forma que é chamada de LÁBIL (“instável”, “fraca”) (L). A partir desta forma, o fosfato pode: a) voltar à forma ID (por dessorção); b) passar a formas mais estáveis (menos solúveis), chamadas coletivamente de FOSFATO NÃO-LÁBIL (NL), nas quais não volta a solubilizar-se com facilidade.

,

,

Intemperismo

CT

C

Argila 1:1Argila 2:2

CTC X Intemperismo

CTC dos principais colóides do solo e valor Ki

Colóide CTC, pH 7,0 (cmolckg-1) Tipo de Colóide Ki (SiO2/Al2O3)

Vermiculita 100 - 150

2:1

Maior

Montmorilonita 80 - 120

Clorita/Illita 10 - 40

Caulinita 3 - 15 1 :1

Óxi-hidróxidos de Fe e Al 0 - 4 Gibsita/hematita/goetita Menor

Matéria orgânica 200 - 300

Em climaTropical (chuvas, temperatura elevada) Solos de baixa CTC (mais intemperizados)

Nestes solos a matéria orgânica é fundamental para o aumento e manutenção da CTC (fertilidade

do solo)

Principais partículas do solo, superfície específica e capacidade

de troca catiônica

Partícula Estrutura Se (m2g-1) cmolckg-1

Húmus ------ 800-900 200-300

Montmorilonita 2:1 700-800 60-150

Vermiculita 2:1 300-500 100-150

Clorita 2:1 75-150 10-40

Illita 2:1 70-120 10-40

Halloysita 1:1 21-43 5-50

Caulinita 1:1 10-20 3-15

alofana amorfa 70-300 25-70

Silte < 1 muito pequena

Areia fina < 0.1 muito pequena

Areia grossa < 0.001 muito pequena

Unidades de carga no solo: CTC (meq/100 g solo ou Cmolc/kg)

A.meq/100 g solo:

. 1 equivalente químico = peso molecular/nº carga. Exemplo: 1 eq Ca+2 = 40 g/2+ = 20g Ca. 1 meq = 1eq./1000.

No caso de Ca: 1 meq Ca = 20g Ca/1000 = 0,02 g Ca em 100 g solo.

B. Cmolc/kg solo:

. 1 mol grama/unidade de carga. Exemplo: 1 mol Ca+2 por unidade de carga = 40 g/2+ = 20g Ca por unidade de carga.

. 1 Cmolc = 1 mol grama por unidade de carga/100.

No caso de Ca: 20g Ca por unidade de carga /100 = 0,2 g Ca em 100 g solo, ou 0,02 g Ca por kg de solo.

VALORES DO COMPLEXO SORTIVO

Complexo sortivo - Composto pelos colóides que fazem adsorção e pelos íons adsorvidos.

Íons adsorvidos:Íons adsorvidos:

Cátions: NH4+, K+, Ca+2, Mg+2, Fe+2, Fe+3, Mn+2, Cu+2, Zn+2, H+, Al+3, Na+, Co+2, metais pesados (Cd+4, Cr+4, Pb+4, Hg)

Ânions: NO3-, NO2

-, HPO4-2, H2PO4

-, SO4-2, MoO4

-2, H2BO3-, Cl-, OH-, F-, HCO3

-, SiO4-4.

Ca+2

Mg+2 Valor S

K+ Valor T

Na+

H+ Valor H

Al+3

Valor V%: valor de saturação de bases, indica o quanto da CTC está ocupada com bases.

Valor V% = Valor S x 100 Valor T

Valor S: soma de bases trocáveis (Ca+2 + Mg+2 + K+ + Na+), dá uma idéia da disponibilidade de nutrientes no solo.

Valor T: corresponde ao total de cátions adsorvidos, ou aproximadamente à CTC do solo (Valor S + Valor H).

Valor H: acidez potencial (H+ + Al+3), é o que origina a acidez no solo.