PROPIEDADES QUMICAS

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  • PROPIEDADES QUMICASADSORCIN E INTERCAMBIO INICOVladimir Orsag

  • Los Elementos Qumicos en el Suelo

    Los elementos qumicos constituyentes del suelo pueden ocupar distintas posiciones:

    En la Fase Slida Inmovilizados en una estructura mineral cristalina, en aluminio-silicatos amorfos, y en compuestos orgnicos.En la Fase Slido-Lquida Localizados en la superficie de determinadas partculas y en su rea de influencia. Tiene lugar reacciones de superficie con uniones de distintos tipo entre el elemento y la superficie.

  • En la Fase Lquida

    El agua del suelo puede contener elementos en solucin, as como particular slidas en suspensin, material coloidal soluble o pseudosoluble.

    La Hidratacin de los Eementos tiene efectos importantes sobre las reacciones de superficie y la movilidad del in afectado, ya que el centro del in hidratado est ms alejado de la superficie y el grado de unin ser menor.

    Los elementos de la fase lquida presentan una elevada movilidad, pudiendo ser transportados dentro del suelo (translocados) o bien fuera de l (perdidos por lavado).

  • Fenmenos de Adsorcin

    La adsorcin: Es la asociacin de materia (tomos, molculas o iones), a las superficies de los slidos (interfase slido-lquido).

  • Entre los Mecanismos que dan lugar a la Adsorcin pueden hallarse implicadas:

    - Las Fuerzas de Enlace Entre Molculas sin Carga: (fuerzas fsicas) tales como: Fuerzas de Van der Waals. Fuerzas de enlace por puentes de hidrgeno.

    - Fuerzas de Enlace entre tomos debidas a: Enlace inico. Enlace covalente.

  • Las Cargas de Superficie que presentan las Arcillas y el Humus pueden tener su origen en:

    - Estructura Mineral (arcillas) :

    Son debidas a. Sustituciones IsomrficasLa magnitud de la fuerza electrosttica en la superficie del mineral depender de s la sustitucin isomrfica se halla en la Capa Tetradrica ( Al+3 por Si+4) o en la Octadrica y (Mg+2 por Al+3).

  • Roturas en los Bordes y en los Grupos Funcionales

    Dependen de las condiciones de PH (cargas variables)

    En Componentes Minerales:Se trata de cargas localizadas en los bordes del mineral, en los que se producen las roturas de los grupos OH (caolinitas y en xidos, oxihidrxidos, alfana e imogolita).Los grupos OH pueden:

    Disociarse en medios bsicos (genera cargas negativas). Unirse a iones H+ en medio cido (Genera cargas positivas).

  • En Componentes Orgnicos:

    La Disociacin y la Unin de H+ afecta a los Grupos Funcionales hidroxilo (-OH), carboxilo (-COOH), fenlico (-C6H4O) y amina (-NH2) de los componentes orgnicos.

  • Doble Capa Difusa ySolucin ExternaLos cationes estn sometidos,por un lado, a la atraccin delcampo elctrico creado porla superficie cargada, y por otro, tienden a difundir desdela superficie hacia laSolucin al existir ungradiente de concentracin.Distribucin de Iones en Sistemas Arcilla-Agua

  • La superficie de la partcula cargada (carga negativa) y los iones de signo contrario (carga positiva) constituyen la Doble Capa Elctrica.

    A una cierta distancia de la superficie se igualan las concentraciones de cationes aniones, lo que permite establecer dos zonas (la Doble Capa Difusa y la Solucin Externa)

  • Modelos de Distribucin: Descripcin CualitativaEn una partcula de arcilla seca, los iones de signocontrario estarn adsorbidos sobre la superficie delcambiador en dos capas elctricas y rgidas (Modelo deHelmholtz). La concentracin es mayor en la superficie ydecrece exponencialmente con la distancia.

  • Intercambio CatinicoEn un Sistema de Intercambio cabe distinguir:AdsorbentesComponentes del suelo que pueden acumular materia en su superficie, con formacin de complejos de superficie.

    Cambiadores Componentes del suelo en cuyas superficies pueden acumular iones de forma reversible, al tener lugar reacciones que dan lugar a complejos de superficie de esfera externa. Ejemplos ( minerales de arcilla y MO).

  • Capacidad de Intercambio Catinico (CIC)

    Propiedad de un Cambiador:Adsorber cationes de la fase lquida, desabsorbiendo al mismo tiempo cantidades equivalentes de otros cationes.

    Sede de Intercambio

    La sede de intercambio va siendo sucesivamenteOcupada por distintos iones, con mayor o menorprobabilidad), segn la concentracin de cada uno deellos en la solucin externa y su valencia.

  • La Propiedad del Suelo (intercambiar iones) en la interfase slido lquido, y en concreto el tipo y clase de intercambio, tiene grandes repercusiones en el comportamiento del suelo:

    -Controla la Disponibilidad de Nutrientes ( K+, Ca2+, Mg2+, entre otros).

    -Interviene en los Procesos de Floculacin- Dispersin de las arcillas (Desarrollo de Estructura y Estabilidad de los Agregados).

    -Determina el Papel del Suelo Depurador Natural ( Retencin de Elementos Contaminantes).

  • La Capacidad de Intercambio Catinico (CIC), de un suelo o de alguno de sus componentes, expresa:

    El Nmero de Moles de Iones Carga Positiva Adsorbidos, que pueden ser Intercambiados por Unidad de Masa Seca, en condiciones dadas de: temperatura, presin, composicin de la fase lquida y una relacin de masa-solucin dada.

    Un mol de carga positiva equivale a 6.02x1023 cargas de cationes adsorbidos.

  • La CIC se expresa en centimoles de carga positiva por Kilogramo cmol (+) kg-1 o meq/100 g).

    La CIC depende de la densidad de cargasuperficial (o) y de su superficieespecfica (S).

  • Los Cationes Intercambiables (TBI)proceden :

    -De la meteorizacin del material originario

    -De la mineralizacin de la MO, y

    -De aportes externos superficiales y subterrneos.

  • Los cationes intercambiables ms frecuentes en clima templado son Ca, Mg, K, Na, donde la presencia y predominioDe unos u otros depender de lasCondiciones del medio y de lasinteracciones en la

  • Suelos Calizos de Regiones Semiridas y ridas

    Ca2+ > Mg2+ > Na+ > K+

    El Porcentaje de Saturacin con Bases (V) viene dado por la expresin:

    CICCa2+ +Mg2+ + Na+ + K+V=* 100

  • Suelos Sdicos y Endopediones Ntricos

    El Porcentaje de Sodio Intercambiable

    (PSI o ESP ) viene dado por la expresin:

    PSI = Na /CIC *100

    Suelos Minerales Fuertemente cidos (PH

  • Suelos Orgnicos cidos.

    En este caso tienen importancia los iones H+ como catinintercambiable.

    La composicin del complejo de intercambio se debe a la selectividad en la adsorcin de los distintos cationes (series litrficas o de Hofmeister), No existe una secuencia de adsorcin que tenga validez generalaunque, a modo de ejemplo, cabe citar:

    Al 3+ >> Ca2+ > Mg2+ >> Na+ > K+ > H+ > Li+.

    El distinto comportamiento de los cationes en la doble capa se puede explicar atendiendo a su carga y al proceso de deshidratacin de los iones en la superficie del cambiador.

  • Las Reacciones de Intercambio Catinico presentan las siguientes propiedades:

    -Son reversibles, en casi todos los casos. Los cationes polivalentes pueden ser, ms difciles de intercambiar alformar enlaces covalentes fuertes.

    -Son estequiomtricas: las cantidades intercambiadas son qumicamente equivalentes.

    -Son rpidas; en laboratorio son instantneas. En campo pueden verse frenadas por la tasa de difusin del in hacia la superficie del cambiador.

    -Cumplen la ley de accin de masas: La direccin de la Reaccin depende de las Concentraciones Relativas.

  • Intercambio Aninico

    Los suelos desarrollados a partir de materiales volcnicos (Andisoles) o los suelos cidos de zonas tropicales y, en general, aquellos que tienen cargas variables pueden presentar capacidad para adsorber aniones (CIA).

    Esta es mayor en suelos con cantidades importantes de xidos de aluminio, de hierro y constituyentes tales como la alfana y caolinita en condiciones de acidez.

    Al aumentar la CIC disminuye la CIA ( suelos jvenes y suelos muy meteorizados):

  • suelos jvenessuelos muy meteorizados

  • La Adsorcin de Aniones puede afectar a la nutricin de las plantas al no estar a disposicin de stas tales como fosfatos, sulfatos y otros.

    La secuencia de adsorcin aninica generalmente admitida es:

    NO3- = Cl- < SO42- < MoO42- < HPO42-

  • La Adsorcin Aninica viene controladapor una serie de factores:

    -Intercambio Inico-Enlaces Hidrofbicos.-Puentes de Hidrgeno.-Transferencia de Carga.-Fuerzas de Van der Waals-Intercambio de Ligando.

  • Las caractersticas de los suelos en general, y de los epipediones en particular, condicionan los procesos de adsorcin y transporte, por lo que los efectos medioambientales de un agroqumico o de un txico deben ser referidos a un suelo determinado.

  • REACCIN DEL SUELO

    El uso de la expresin Reaccin del Suelo se halla muy extendido frente al de pH del suelo, debido a que se quiere indicar que se trata de un sistema que esla suma de diversos sistemas qumicosque interaccionan.

  • La forma ms usual de diagnosticar las condiciones de acidez o de basicidad de un suelo, por su rapidez y facilidad, es la medida delpH en una suspensin suelo-agua, se tiene:

    En sistemas naturales el intervalo de pH se extiende de: 3.0 (suelos de sulfatos cidos) < pH < 12.0 (suelos alcalinos).

    La concentracin de protones en la solucin del suelo proporciona un diagnstico rpido de los efectos perjudiciales potenciales de la acidez,

  • Acidez del SueloDe acuerdo con la Teora de Brnsted:cido: Es toda especie qumica capaz deceder protonesBase: Se caracteriza por poder aceptarprotones.

  • Los principales efectos esper