Aula 4 - Propriedades Físico Quimicas Do Solo [Modo de Compatibilidade]
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27/01/2016
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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
-
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+
+ +
+
+ +
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--
+ +
++ +
+
+
+
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-
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. Origem das cargas elétricas do solo
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. Origem das cargas elétricas do solo
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. Origem das cargas elétricas do solo
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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4. Adsorção e troca iônica
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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4. Adsorção e troca iônica
• 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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4. Adsorção e troca iônica
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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4. Adsorção e troca iônica
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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4. Adsorção e troca iônica
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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4. Adsorção e troca iônica
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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4. Adsorção e troca iônica
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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5. Fator intensidade, quantidade e capacidade tampão
•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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5. Fator intensidade, quantidade e capacidade tampão
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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6. Ponto de carga zero (PCZ)
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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6. Ponto de carga zero (PCZ)
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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