FRACCIÓN INORGÁNICA
Jan 22, 2016
FRACCIÓN INORGÁNICA
FRACCIÓN INORGÁNICA
90% de la fase sólida
Propiedades
Tamaño
Área superficial
Carga
Cuarzo
Moscovita
Biotita
Feldespatos
Ortoclasa
Microclina
Albita
Anfíboles
Tremolita
Piroxenos
Enstatita
Diopsida
Rodonita
Olivino
Epídota
Turmalina
Zircón
Rutilo
SiO2
KAl2(AlSi3O10)(OH)2
K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2
KAlSi3O8
KAlSi3O8
NaAlSi3O8
Ca2Mg5Si8O22(OH)2
MgSiO3
CaMg(Si2O6)
MnSiO3
(Mg,Fe)2SiO4
Ca2(Al,Fe)3Si3O12(OH)
(Na,Ca)(Al,Fe3+,Li,Mg,)3Al6(BO3)3(Si6O18)(OH)4
ZrSiO4
TiO2
NombreNombre Fórmula químicaFórmula química
MINERALES PRIMARIOSMINERALES PRIMARIOS
anfibol cuarzo
moscovita
feldespato de K
MINERALES PRIMARIOSMINERALES PRIMARIOS
olivino piroxenospiroxenos
MINERALES PRIMARIOSMINERALES PRIMARIOS
Principalmente Principalmente feldespatosfeldespatos::
tetraedros unidos de SiO4 y AlO4.
Si el Al3+ sustituye al Si4+, se crea una deficiencia de carga positiva
cavidades que pueden acoger Ca2+, Na+, K+ o Ba2+ para
mantener la electroneutralidad.
MINERALES PRIMARIOSMINERALES PRIMARIOS
MINERALES PRIMARIOSMINERALES PRIMARIOS
Si O
OH Al, Mg, etc.
MINERALES PRIMARIOSMINERALES PRIMARIOS
PPiroxenos y anfíbolesiroxenos y anfíboles
minerales ferromagnesianos con estructura simple y doble respectivamente de cadenas de tetraedros unidos .
OOlivinoslivinos::
neosilicatos de color verde en los que el Mg2+ y el Fe2+ están coordinados octaédricamente con átomos de O.
Importantes en las rocas ígneas
Fuente de micronutrientes
Se presentan en el suelo en cantidades menores que los piroxenos y anfíboles.
MINERALES PRIMARIOSMINERALES PRIMARIOS
Minerales de arcilla
Caolinita
Montmorillonita
Vermiculita
Chlorita
Alófana
Imogolita
Goethita
Hematita
Maghemita
Ferrihidrita
Bohemita
Gibbsita
Pirolusita
Birnesita
Dolomita
Calcita
Yeso
Si4Al4O10(OH)8
Mx(Al,Fe2+,Mg)4(Si,Al)8O20(OH)4 (M=catión entre capas)
(Al,Fe2+,Mg)4(Si,Al)8O20(OH)4
[MAl(OH)6](Al,Mg)4(Si,Al)8O20(OH,F)4
Si3Al4O12.nH2O
Si2Al4O10.5H2O
FeOOH
-Fe2O3
-Fe2O3
Fe10O15.9H2O
-AlOOH
Al(OH)3
-MnO2
-MnO2
CaMg(CO3)2
CaCO3
CaSO4.2H2O
NombreNombre Fórmula químicaFórmula química
MINERALES SECUNDARIOSMINERALES SECUNDARIOS
MINERALES SECUNDARIOSMINERALES SECUNDARIOS
ArcillaArcilla:: nombre general para el material inorgánico de diámetro inferior a 2m
MMineral de arcillaineral de arcilla:: tipo específico de minerales que aparecen en esta fracción.
Muy importantes en la química del suelo
MINERALES MINERALES DE ARCILLADE ARCILLA
lámina tetraédrica
O2-
Si4+
lámina octaédrica
Xb-
Mm+
ARCILLAARCILLASS
ARCILLAARCILLASS
lámina 1:1
lámina 2:1:1
lámina 2:1
ARCILLAARCILLASS
sustituciones isomórficassustituciones isomórficas::
sustitución de un ion en la red cristalina por otro de tamaño similar, de manera que no hay alteración de la estructura cristalina.
ARCILLAARCILLASS
sustituciones isomórficassustituciones isomórficas::
-En la capa tetraédrica, el Al3+ puede sustituir al Si4+ e incluso el P.
-En la capa octaédrica el Al3+ puede ser sustituido, por Fe2+, Fe3+, Mg2+, Ni2+, Zn2+, o Cu2+.
ARCILLAARCILLASS
sustituciones isomórficassustituciones isomórficas::
Como resultado aparece una carga carga neta negativaneta negativa que se asocia con los 6 oxígenos o hidroxilos de los octaedros y con los cuatro oxígenos de los tetraedros.
ARCILLAARCILLASS
H2O inferior H2O superior OH inferior OH superior
Aluminol
H2O
Silanol
H+ O OH Al Si
Centro ácido de Lewis
ARCILLAS 1:1ARCILLAS 1:1
Arcillas 1:1 (caolinita-serpentina)
caolinitacaolinita:: Si4IVAl4
VIO10(OH)8
Capas unidas por enlaces de hidrógeno,
No hay espacios entre las capas.
Sustituciones isomórficas, escasas.
Otros caolines:
dicktita, nacrita y halloisita
ARCILLAS 1:1ARCILLAS 1:1
Caolinita
O
OH
Al
Si
0,270 nm
0,230 nm
0,210 nm
ARCILLAS 1:1ARCILLAS 1:1
Caolinita
ARCILLAS 1:1ARCILLAS 1:1
Arcillas 1:1 (caolinita-serpentina)
halloisitahalloisita:: Al2Si2O5(OH)4.2H2O
-moléculas de agua entre cada capa 1:1
-capacidad de adsorber grandes cantidades de cationes monovalentes como el NH4
+.
-cuando se seca, las moléculas de agua pueden eliminarse y la estructura se colapsa
ARCILLAS 1:1ARCILLAS 1:1
Halloisita
0,210 nm
0,560 nm
0,230 nm
ARCILLAS 1:1ARCILLAS 1:1
Halloisita
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
Grupo de la Pirofilita-TalcoGrupo de la Pirofilita-Talco::
Si8IVAl4
VIO20(OH)4.
Sin sustituciones isomórficas
No existe espacio entre láminas
Los bordes de la pirofilita pueden ejercer una influencia significativa en la retención de metales y sobre otras propiedades físicas de la arcilla.
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
Grupo de la Esmectita-SaponitaGrupo de la Esmectita-Saponita
-carga de 0.2-0.6 por unidad de fórmula de semicelda.
Esmectitas: montmorillonita, beidellita y nontronita
montmorillonitamontmorillonita M0,33,H2OAl1.67(Fe2+,Mg2+)0.33Si4O10(OH)2, donde M es un catión intercambiable metálico que se sitúa en el espacio entre capas.
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
Grupo de la Esmectita-SaponitaGrupo de la Esmectita-Saponita
montmorillonitamontmorillonita
EEn la capa octaédrica 0,33 Al han sido sustituidos por iones divalentes, la carga neta de esta capa es -0,33 y debe ser neutralizada por los 0,33 cationes M+.
Presencia entre capas de moléculas de agua,
Capacidad de expansionarse y contraerse
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
Grupo de la Esmectita-SaponitaGrupo de la Esmectita-Saponita
montmorillonitamontmorillonita
La diferencia entre capas depende del catión de intercambio que se sitúe entre capas
0,550 nm (1,2 nm total) Na
0,850 nm (1,5 nm total) Ca
Por pérdida del agua y de los cationes en el espacio interlaminar el grosor se reduce a 0,960 nm.
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
Montmorillonita
Cationes intercambiables
nH2O
O; Si, ocasionalmente Al; OH; Al,Fe, Mg
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
Grupo de la Esmectita-SaponitaGrupo de la Esmectita-Saponita
beidellita beidellita y y nontronitanontronita
La sustitución isomórfica tiene lugar en la capa tetraédrica (Al3+
sustituye a Si4+).
La nontronita es un mineral rico en Fe, siendo el Fe3+ el que predomina en la capa octaédrica.
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
Grupo de la Esmectita-SaponitaGrupo de la Esmectita-Saponita
Saponitas:
saponita:
sustituciones isomórficas tienen lugar en la capa tetraédrica
hectorita:
contiene Li
las sustituciones ocurren en la capa octaédrica.
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
Esmectitas
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
MMicasicas
elevada carga, (1.0 por unidad de semicelda)
pueden ser
dioctaédricas: moscovita y paragonita (Na)
trioctaédricas: biotita, flogopita y lepidolita
contienen K+ interlaminar para compensar la carga negativa acumulada por sustituciones isomórficas.
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
K+ O OH Al Si
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
moscovita
Micas
biotita
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
MMicasicas
Conforme se meteorizan, el K no intercambiable va siendo utilizado por las plantas.
La meteorización transforma a las micas en arcillas parcialmente expansibles: vermiculita o ilita.
meteorización
micas 10% K hidromicas 6-8%K
minerales de trans. 3%K illita 4-6%K
montmorillonita o vermiculita <2%
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
Conforme avanza el proceso, el K se intercambia con otros iones como Na+, Mg2+ o Ca2+
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
Cuanto mayores son los iones que se introducen en las láminas del silicato, mayor es la liberación de K+
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
GGrupo de la Vermiculitarupo de la Vermiculita
Tanto las vermiculitas dioctaédricas como las trioctaédricas poseen una carga elevada, entre 0.6 y 0.9 por unidad de semicelda.
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
GGrupo de la Vermiculitarupo de la Vermiculita
vermiculita dioctaédricavermiculita dioctaédrica::
se caracteriza por las sustituciones tanto en la capa octaédrica como en la tetraédrica,
vermiculitavermiculita trioctaédrica trioctaédrica::
sólo presenta sustituciones en la capa tetraédrica.
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
Arcillas 2:1
GGrupo de la Vermiculitarupo de la Vermiculita
Tienen estructura laminar,
Poseen agua interlaminar
El potasio, se sustituye por otros cationes interlaminares.
Las vermiculitas tienen menos carga que las micas
El Fe2+ de la capa octaédrica se oxida a Fe3+.
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
VermiculitaVermiculita
Capa tetraédrica de Si
Moléculas de agua orientadas
Capa tetraédrica de Si
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
Arcillas 2:1
Grupo de la illitaGrupo de la illita
Grim y col (1937) denominaron de esta manera a partículas de mica de tamaño arcilla, que se encontraban en rocas arcillosas.
Otro nombre que se han utilizado en lugar de illita son: hidromica, hidromoscovita, K-mica, etc.
Posee una carga de alrededor de 0.8 unidades por semicelda.
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
Grupo de la illitaGrupo de la illita
La illita contiene más Si4+, Mg2+, y agua y menos Al3+ y K+ que la moscovita.
El K+ es el ion interlaminar predominante junto a Ca2+ y Mg2+
El NH4+ no se encuentra nunca en la
illita
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
illita
ARCILLAS 2:1ARCILLAS 2:1
illita
ARCILLAS 2:1:1ARCILLAS 2:1:1
Grupo de la cloritaGrupo de la clorita
La estructura es compacta, no expandible
ARCILLAS 2:1:1ARCILLAS 2:1:1
Clorita
O; Si; OH; Al
minerales de arcilla minerales de arcilla intergradointergrado
vermiculita intergrado Al-clorita
catión de cambio hidróxido de Al
minerales de arcilla minerales de arcilla interestratificadosinterestratificados
illita
illita expandida al margen
illita expandida
interestratificación de illita, illita expandida, y de estratos de vermiculita o montmorillonita
montmorillonita o vermiculita
K+ cationes de cambio
AlófanaAlófana
Se forman de cenizas volcánicas
principales constituyentes de los suelos desarrollados en condiciones ándicas.
También en la fracción arcilla de muchos suelos no volcánicos.
SiO2/Al2O3 varía entre 0,84 y 2
El Al se encuentra tanto en coordinación octaédrica como tetraédrica.
Particulas esféricas de 30-50 nm de diámetro
ImogolitaImogolita
Relación SiO2/Al2O3 de 1
El Al se encuentra únicamente en coordinación octaédrica.
Poca carga debido a sustituciones isomórficas, pero adsorbe cantidades sustanciales de cationes monovalentes.
Estructura filamentosa. Tubos paralelos de 20 nm de diámetro.
Minerales de arcilla fibrososMinerales de arcilla fibrosos
No poseen capas octaédricas continuas.
Contienen tiras de silicatos 2:1, unidas por inversión de los tetraedros silicato a lo largo de una serie de enlaces Si-O-Si.
Óxidos, hidróxidos y Óxidos, hidróxidos y oxohodróxidosoxohodróxidos
Óxidos de Al, Fe y Mn
El término general de óxidos se refiere a hidróxidos metálicos, oxohidróxidos y óxidos hidratados
(que contienen agua no estequiométrica en su estructura).
Papel fundamental en la química de los suelos.
Elevada superficie específica y reactividad.
Aparecen en todos los suelos:
• Cristales discretos,
• Recubriendo filosilicatos y sustancias húmicas,
• Mezclas de geles.
Óxidos de AluminioÓxidos de Aluminio
Fundamentalmente Gibbsita
Óxidos de HierroÓxidos de Hierro
Fundamentalmente goethita, hematita, magnetita
Sustituciones:Sustituciones:
Al3+
Mn3+
Cr2+
Óxidos de HierroÓxidos de Hierro
Goethita, FeOOH
centro ácido de Lewis
A B C
Hidroxilos superficiales
H
O
Fe
Óxidos de HierroÓxidos de Hierro
hematita
Óxidos de HierroÓxidos de Hierro
Óxidos de HierroÓxidos de Hierro
Óxidos de HierroÓxidos de Hierro
Óxidos de Manganeso
Muy comunes en los suelos.
Fuente de Mn, un nutriente esencial para las plantas.
Pueden adsorber en su superficie metales pesados y son oxidantes naturales de ciertos metales como As3+ y Cr3+.
Aparecen en el suelo recubriendo partículas, en las fracturas, y formando nódulos de hasta 2 cm de diámetro.
La mayoría de los óxidos de Mn son amorfos.
Óxidos de Manganeso
La birnessita (Na0.7, Ca0.3)Mn7O14.2,8 H2O) es el óxido de Mn que prevalece .
Hojas de octaedros MnO6, (Fig. con huecos catiónicos en 1 de cada 6 octaedros y con iones Mn2+ y Mn3+ situados entre las capas por encima y por debajo de esto huecos.
El Na y el Ca presentes en la fórmula no son imprescindibles
Óxidos de Manganeso
Carbonatos y Sulfatos
Carbonatos y Sulfatos
Calcita
CaCO3
Magnesita
MgCO3
Mg(OH)2
Carbonatos y Sulfatos
Dolomita
CaMg(CO3
)2
Siderita
FeCO3
Rodocrosita
MnCO3
Carbonatos y Sulfatos
Yeso
CaSO4.H2O
Propiedades de la Propiedades de la Fracción Fracción
InorgánicaInorgánica
Superficie específica
Carga
Superficie Superficie específicaespecífica
área superficial externa
área superficial interna
Superficie Superficie específicaespecífica
Fracción Mineralógica
Área Superficial Específica
Arena gruesaArena finaLimoCaolinitaIllitaVermiculitaMontmorillonita sódicaAlófanaÓxidos amorfos de Fe y Al
0,010,11,0
5-100100-200300-500700-800200-500100-300
CargaCarga
carga permanente o constante:
debida a las sustituciones isomórficas
se desarrolla cuando se forma el mineral.
clorita, mica, esmectita y vermiculita
CargaCarga
carga variable o dependiente del pH.
debida a reacciones de protonación y desprotonación de grupos funcionales que se encuentran en las superficies minerales
caolinita, óxidos, silicatos laminares recubiertos de óxidos y de la materia orgánica.
CargaCargacarg
a s
up
erf
icia
l m
ol m
-2
pH
Birnesita
Goethita
Criptomelano
CICCIC
capacidad de intercambio capacidad de intercambio catiónico del suelo. catiónico del suelo.
La carga negativa que resulta de las sustituciones isomórficas y de la desprotonación de los grupos funcionales, se neutraliza con carga positiva en forma de cationes intercambiables.
CICCIC
Mineral CIC (cmol/kg)
CaolinitaHalloisitaTalcoMontmorillonitaVermiculita dioctaédricaVermiculita trioctaédricaMoscovitaBiotitaCloritaAlófana
2-1510-40
<180-15010-150
100-20010-4010-4010-405-350
CICCIC