PAULO ROBERTO ERNANI, Ph.D.

Professor da UDESCBolsista do CNPq

CÁTIONS NO SOLO

TROCA DE CÁTIONS

Eletrostática:

Importante para NH4+, K+, Ca+2, Mg+2, Al+3 e Mn+2

Solos com pH acima de 5,5: Al e Mn não competem

Adsorção química (complexo de superfície):

Importante para H+, Fe, Cu, Zn, Mn, e metais pesados

Eletrostática

Ocorre somente nas cargas negativas

É proporcional ao número de cargas

O equilíbrio é rápido

Todas as cargas estão sempre ocupadas

CATION ADSORPTIONCATION ADSORPTION

A adsorção de cátions segue os princípios da lei

ação das massas: equilíbrio químico.

A + B = C + D

O aumento de A ou B desloca para direita;

a diminuição de A ou B desloca para a esquerda

a fim de manter constante o valor da constante

K = (C) (D) / (A) (B)

ADSORÇÃO ELETROSTÁTICA

X-Ca ½ + K+ ↔ X-K + ½ Ca2+

K na solução, umol l-1

0 25 50 75 100 125 150 175

Influ

xo, u

mol

g-1

h-1

0

10

20

30

40

50

TAXA DE INFLUXO

Existem dois equilíbrios:

1- Individual: para cada elemento: Exemplo: Ca

Ca-trocável = Ca-solução

2- Coletivo: que engloba todos os cátions:

Ambos geral a troca de cátions porque todas as

cargas estão sempre ocupadas

NUTRIENTS REPLACE CATIONSNUTRIENTS REPLACE CATIONS

The Bacterial Cell wall

• With increasing pH, the functional groups present on the

bacteria become deprotonated. as seen in the component

amino acid of the peptidoglycan D-alanine.

• The deprotonated sites have a negative charge and are

therefore sites for positively charged ions to attach.

Mechanism of Cation adsorption

D-alanine

Deprotonation of

carboxyl group

H+

+Highly Charged Cation

Na+

Na+

Na+

+

+

Afetam a energia de ligação dos cátions

1- Concentração dos íons no solo

2- Valência dos cátions

3- Raio hidratado dos cátions

Esses fatores são os mesmos que afetama espessura da dupla camada elétricadifusa

Como o equilíbrio é alterado:

1- Aumento das cargas elétricas do solo

2- Adubação (aplicação de cátions ao solo)

3- Absorção pelas plantas

4- Lixiviação

A adubação aumenta a concentração dos cátions

na solução; os demais a diminuem.

Adsorção química:

A ligação não é impedida pelo tipo de carga

Ela é proporcional aos teores de MO e óxidos

Al-OH2 + Zn+2 = Al-O-Zn + 2H+

Quanto menor o pH do solo (mais H), maior será

a concentração de Zn na solução do solo. A

ma reação ocorre com Fe, Cu, Mn, metais pesados

0 8 1 6 2 4 323

4

5

6

7

8

T E S TS F TD A PU R É IA

T e m p o (d ia s )

pH d

o so

lo

Ernani et al., 2001

FERTILIZANTES X pH

soluçãoSO4

adsorvido quimicamente (eleva pH)

Dissolução do Sulfato de Amônio

(NH4)2 SO4 + H2O 2 NH4+ + SO4

2-

CTC (desloca cátions)NH4

solução (nitrifica, NO3)

POTÁSSIO LIXIVIADO (média das percolações)

K APLICADO (mg/kg)

0 50 100 150 200

K L

IXIV

IAD

O (

mg/

L)

0

10

20

30

40

50

60

70LAT SC LAT CC CAM SC CAM CC

CÁLCIO LIXIVIADO (média das percolações)

K APLICADO (mg/kg)

0 50 100 150 200

Ca

LIX

IVIA

DO

(m

g/L)

20

30

40

50

60

70

80

90LAT SC LAT CC CAM SC CAM CC

MAGNÉSIO LIXIVIADO (média das percolações)

K APLICADO (mg/kg)

0 50 100 150 200

Mg

LIX

IVIA

DO

(m

g/L)

0

20

40

60

80

100LAT SC LAT CC CAM SC CAM CC

Sem correção prévia de pH

0 2 4 6 8 100

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Testem unhaD regs incorporadoD regs superfic ia l

Com correção prévia de pH

0 2 4 6 8 100

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Testem unhaDregs incorporadoDregs superfic ia l

Sód

io (

mg)

Percolações Semanais

Dregs

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

NH

4 (m

g l-1

)

-20

0

20

40

60 TEST SFT

LIXIVIAÇÃO

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

NH

4 (m

g l-1

)

-20

0

20

40

60 SULT. AM SA + SFT

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

NH

4 (m

g l-1

)

-20

0

20

40

60 UREIA UR + SFT

LIXIVIAÇÃO

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

NH

4 (m

g l-1

)

-20

0

20

40

60 NIT. CaNitr. Ca + SFT

LIXIVIAÇÃO DE AMÔNIOTestemunha Uréia

Sulfato de Amônio Nitrato de Cálcio

CHat LVd

NBdf

X-Ca ½ + K+ ↔ X-K + ½ Ca2+

ℜg = (X-K) (Ca)½ / (X-Ca½) (K)

[(Ca)½ / K] = ℜg (X-Ca ½) / (X-K )

(X-Ca ½) / (X-K )

(Ca)

½ /K

t ha-1 �-Ca/K �-Mg/K �-Ca/Al �-Mg/Al �-K/Al �-Ca/Mg

Calcário

0 0,88 0,23 0,14 0,036 0,0028 1,89

3 1,52 1,28 0,33 0,281 0,0024 1,31

6 2,49 2,53 0,82 0,837 0,0030 1,42

9 2,51 2,85 nc nc 0,0022 1,60

12 3,33 4,07 nc nc nc 1,79

18 4,22 5,40 nc nc nc 1,71

Gesso

3 0,49 0,04 0,49 0,043 0,0003 6,82

6 0,57 0,02 1,35 0,046 0,0001 22,09

9 0,96 0,02 2,30 0,051 0,0001 39,06

12 1,26 0,02 3,13 0,053 0,0001 50,52

RELAÇÃO Q / I

[K-X / QAK] = Кg CTC

(Ca + Mg)½-X + K = K-X + ½ (Ca + Mg)

Кg = [K-X / (Ca + Mg)½-X] [(Ca + Mg)1/2 / K]

Кg = [K-X /CTC] [(Ca + Mg)1/2 / K]

K-X = Кg CTC [K / (Ca + Mg)1/2]

K-X = Кg CTC QAK

PTK = Кg . CTC

Fe-OH2 + Cu2+ ↔ Fe-O-Cu + 2H+

ADSORÇÃO QUÍMICA

2NH4+ + 3O2 → 2NO2- + 2H2O + 4H+

2NO2- + 3O2 → 2NO3

NITRIFICAÇÃO

NH4+ + OH- = NH3 ↑ + H2O

VOLATILIZAÇÃO DE AMÔNIA

CO(NH2)2 + 2H2O → (NH4) 2CO3

(NH4) 2CO3 + H2O → 2NH4++ OH- + HCO3

OH- + H+ = H2O

HCO3 + H+ → H2CO3 → CO2 ↑+ H2O

NH4+ + OH- = NH3 ↑ + H2O

MnO2 + 2H+ = Mn2+ + H2O + ½ O2

PRECIPITAÇÃO DE MANGANÊS

(Mn) = [(Ks) (H)2] / (O2)1/2

Ks = [(Mn) (O2)1/2] / (H)2

(Ks) (H)2 = (Mn) (O2)1/2

PRECIPITAÇÃO DE FERRO

Fe(OH)3 = Fe3+ + 3OH

Ks = (Fe) (OH)3 / Fe(OH)3

10-39 = (Fe) (OH)3

(Fe) = 10-9

SOLO pH 4,0

10-39 = (Fe) (10-10)3

10-39 = (Fe) (10-30)

(Fe) = 10-39 / 10-30

Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3 H2O

PRECIPITAÇÃO DE ALUMÍNIO

(Al) = (Ks) (H+)3

Ks = (Al3+) (H2O)3 / Al(OH)3 (H+)3

Ks = (Al3+) / (H+)3