1 1 PROPIEDADES PROPIEDADES FISICOQUIMICAS FISICOQUIMICAS “ Como Como la la fotosíntesis fotosíntesis y la y la respiración respiración , , probablemente probablemente ningún ningún proceso proceso en la en la Naturaleza es Naturaleza es tan vital tan vital para para la la vida vida vegetal y animal vegetal y animal como el como el intercambio intercambio de de iones iones, entre entre las las partículas partículas de de suelo suelo y y las las raíces raíces de de las las plantas plantas .” .” Brady
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““ComoComo la la fotosíntesisfotosíntesis y la y larespiraciónrespiración, , probablementeprobablemente
ningúnningún procesoproceso en la en laNaturaleza es Naturaleza es tan vital tan vital parapara la lavidavida vegetal y animal vegetal y animal como el como elintercambio intercambio de de ionesiones,, entreentrelaslas partículaspartículas de de suelosuelo y y laslas
raícesraíces de de laslas plantasplantas.”.” Brady
Tipo y superficie específica de lasTipo y superficie específica de laspartículaspartículas
Desarrollo de cargas eléctricasDesarrollo de cargas eléctricas
N° de partículas gN° de partículas g-1-1Superficie específicaSuperficie específica
(cm(cm22 g g-1-1))
a a mfmf
AA((coloidescoloides))
333
Coloides del sueloColoides del suelo
TamañoTamaño..
Se clasifican en:Se clasifican en:•• Inorgánicos:Inorgánicos:•• Orgánicos:Orgánicos:
un coloide hidratado = micelaun coloide hidratado = micela
Tipos de carga desarrolladaTipos de carga desarrollada
Carga permanenteCarga permanente
Carga variableCarga variable
La carga neta o total del suelo es la sumaLa carga neta o total del suelo es la sumaalgebraica de sus cargas positivas y negativasalgebraica de sus cargas positivas y negativas
444
Sustitución isomórficaSustitución isomórfica
AlAl++++++ AlAl+3+3
TetraedroTetraedro
OctaedroOctaedro
MgMg++++
Sustitución isomórficaSustitución isomórfica
AlAl++++++ por por SiSi++++++++ enen tetraedros tetraedros
MgMg++++, Fe, Fe++++ porpor AlAl++++++ en en octaedrosoctaedros
555
Bordes quebradosBordes quebrados
Coloide orgánicoColoide orgánico(ionización de grupos)(ionización de grupos)
Oxidos e hidróxidos Oxidos e hidróxidos anfotéricos anfotéricos facilmente facilmente
precipitadosprecipitadosCat
ione
s dé
bilm
ente
C
atio
nes
débi
lmen
te
hidr
atad
os s
olub
les
hidr
atad
os s
olub
les
171717
ExpresiónExpresión deldel intercambiointercambio en ensuelossuelos
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICOCAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO((cationcation exchange capacity exchange capacity))
CantidadCantidad total de total de cationescationes intercambiablesintercambiables quequeunun material o material o suelosuelo puedepuede adsorberadsorber a a unun
determinadodeterminado pH. pH.
Eventualmente al desarrollarse cargaEventualmente al desarrollarse cargapositiva se habla depositiva se habla de
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO ANIONICOCAPACIDAD DE INTERCAMBIO ANIONICO
Carga dependiente del pH
CIA, Capacidad de Intercambio aniónicoCIC, Capacidad de Interambio catiónicoCarga total
CIA, CIC
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
pH de la suspensión
CIA
CIC
(cm
olc/k
g)
(cm
olc/k
g)
181818
CapacidadCapacidad de de intercambiointercambio catiónico catiónicoCICCIC
cmolcmol(+) kg(+) kg-1-1 = = meq meq/100 g/100 g
númeronúmero de de cargas cargas !!! !!!nono número número de de iones iones
OxidosOxidos de Al y de Al yFeFe
ArcillasArcillassilicatadassilicatadas
Humus (M.O)Humus (M.O)
CargaCargapositivapositiva
CargaCarganegativanegativa
TipoTipo de decoloidecoloide
200 cmolc/kg 0 cmolc/kg
≈100 cmolc/kg 0 cmolc/kg
4 cmolc/kg 5 cmolc/kg
CIC CIC depende depende de:de:CantidadCantidad de de arcillaarcilla y M.O y M.OTipoTipo de mineral de de mineral de arcillaarcilla presentepresente
191919
SueloSuelo
CalculandoCalculando CIC CIC
1 mol de carga:1 mol de carga:
1 mol de cationes monovalentes1 mol de cationes monovalentes
1/2 mol de cationes divalentes1/2 mol de cationes divalentes
1/3 mol de cationes trivalentes1/3 mol de cationes trivalentes
CIC de otrosCIC de otrosLimo de cuarzoLimo de cuarzo < 0,01< 0,01
CuarzoCuarzo 1-21-2
FeldespatosFeldespatos 1-21-2
212121
Mineral Condición CIC Potencial Superficiesecundario Tipo de unión / [cmol/kg] hinchamiento específica interlaminar [m2/g] carece de Caolinita 1 : 1 superficie 3 - 15 casi 5 - 20
(no-expandible) interlaminar; nada fuerte unión muy débil Montmorillonita 2 : 1 unión, gran 80 - 150 alto 700-800
(expandible) expansión
debil unión Vermiculita 2 : 1 gran 100 -150 alto 500 –700
(expandible) expansión
pérdida parcialMica hidratada 2 : 1 de K, fuerte 10 - 40 bajo 50 – 200
(no-expandible) unión
CIC y CIC y texturatextura
Clase texturalClase textural CICCIC
((cmolcmolcc/kg)/kg)
ArenosaArenosa 2-32-3
Franco Franco arenosaarenosa 3-103-10
FrancaFranca 11-1611-16
Franco Franco limosalimosa 13-2613-26
Arcillosa y arcillo Arcillosa y arcillo limosalimosa 4-584-58
222222
CálculoCálculo
CICCICsuelosuelo = = ΣΣ (% Ai x CIC (% Ai x CICAiAi) + (%M.O x CIC) + (%M.O x CICMOMO))
CIC CIC vsvs..intensidadintensidad de meteorización de meteorización
2:12:1 1:11:1 Oxidos FeOxidos Fe& Al& Al
CIACIACICCIC
MeteorizaciónMeteorización
Car
ga (
Car
ga ( c
mol
cmol
cc/kg)
/kg)
232323
CationesCationes adsorbidos : adsorbidos : zona zona
H+
Al+3
H+
H+
Ca+2
K+
HúmedaHúmeda AridaArida
CationesCationes adsorbidos adsorbidos
“cationesde reacciónácida”
“cationes dereacciónbásica”
OrdenOrdenHH
SS
242424
Saturación básica Saturación básica (SB)(SB)
Σ Σ (Ca, Mg, Na, K)(Ca, Mg, Na, K)
SB(%)= ————————— 100SB(%)= ————————— 100
ΣΣ (cationes) (cationes)
Σ Σ (Ca, Mg, Na, K)(Ca, Mg, Na, K)
SB(%)= ————————— 100SB(%)= ————————— 100
CIC CIC
Acidez del sueloAcidez del suelo
ActivaActiva
PotencialPotencial
252525
Ca++
Mg++ K+
H+
Al+++NH4+
Ca++
Ca++
Ca++
Ca++
Ca++
Ca++
Al+++
Mg++Mg++
Al+++
H+
K+
H+
H+ H+
H+
H+
H+
Cantidad:AcidezPotencial
Intensidad:AcidezActiva
pH
Tamponamiento
TamponamientoTamponamientoSueloSuelo tiendetiende a a impedirimpedir cambioscambios de pH de pH
Si Si hay > hay > arcillaarcilla y M.O > y M.O > tamponamientotamponamiento
pH
Enm
iend
a ap
licad
a Franco arcillosaFranco arcillosa
CIC = 25 cmolCIC = 25 cmolcc/kg/kg
Franco limosa
CIC = 15 cmolc/kg
Franco arenosaFranco arenosa
CIC = 10 cmolCIC = 10 cmolcc/kg/kg
Arenosa
CIC = 5 cmolc/kg
aa
FaFa
FLFL
FAFA
262626
Fe2+
Fe3+
Bacteria reductoradel Metal
CompuestosOrgánicos
e-
Reacción Redoxcatalizada por bacteria
Procesos Redox en Suelos
RespiraciónAeróbica
RespiraciónAnaeróbica
Ferm entación
O2 > H2O
Corg > CO2
Reducción de nitrato(Desnitrificación)
Reducción M n / Fe
Reducción de Sulfato(Form ación de H 2S)
Form ación de Metano
NO3- > N2
Corg > HCO3-
MnO2 > Mn2+
Corg > HCO3-
Fe3+ > Fe2+
Corg > HCO3-
SO42- > H2S
Corg > HCO3-
Corg > CH4
Corg > CO2
O xidación
Reacciones
272727
Potencial redox (Eh) críticoen solución a pH7
Pote
ncia
l Red
ox, E
h (m
V)
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
H2O NO3-
N2
O2
MnO2
Mn2+
Fe(OH) 3
Fe2+
Mn2+
NO3-
O2
SO42-
H2S
CO2
CH4 H2OH2
Descomposición del agua
Descomposición del agua
Reducción Anaeróbica en suelos
Teórica enSoluciones
Medida en laSoluciónSuelo
Reacciones entre Metales y el suelo
Precipitacióny
Disolución
Intercambioiónico
yAdsorción
ReacciónRedox
de complejo
Formación
Acido-Base
Reacción
Transferencia de masa
Concentracióndel metal en laSolución suelo
282828
Expresiones de sodicidadExpresiones de sodicidadPorcentaje de sodio intercambiable (PSI)Porcentaje de sodio intercambiable (PSI)
[Na][Na] PSI= PSI= ———————— x 100 (%) x 100 (%)
CICCIC
Relación de adsorción de sodio (RAS)Relación de adsorción de sodio (RAS)[Na][Na]
RAS= RAS= ———————————— √√ (Ca +Mg)/2(Ca +Mg)/2
TiposTipos de de suelo según suelo segúnsalinidadsalinidad
CE (dS mCE (dS m-1-1))44
1515
PSIPSI(%)(%)
0000
SueloSuelo“normal”“normal”
SueloSuelosódicosódico
SueloSuelosalinosalino
SueloSuelosalino-sódicosalino-sódico
292929
Habilitación Habilitación de de suelo segúnsuelo segúnsalinidadsalinidad
CE (dS mCE (dS m-1-1))44
1515
PSIPSI(%)(%)
0000
EnmiendaEnmienda++
lavadolavado
EnmiendaEnmienda++
lavadolavado
Lavado Lavado
SalinoSalino SódicoSódico
Salino-sódicoSalino-sódico
303030
Habilitación Habilitación de de suelo segúnsuelo segúnsalinidadsalinidad