Tema 9. Propiedades químicas del suelo PDF

Preview

Summary

Download Tema 9. Propiedades químicas del suelo PDF

Description

Reacción, grado de acidez o pH del suelo La reacción del suelo es un índice de la acidez, neutralidad o alcalinidad del suelo La reacción del suelo viene dada por el pH de su fase acuosa pH = - log H+

Clase

pH

Extremadamente ácido

Menor a 4,5

Muy fuertemente ácido

4,5 – 5,0

Fuertemente ácido

5,1 – 5,5

Medianamente ácido

5,6 – 6,0

Ligeramente ácido Neutro

6,1 – 6,5 6,6 – 7,3

Ligeramente alcalino

7,4 – 7,8

Moderadamente alcalino

7,9 – 8,4

Fuertemente alcalino Muy fuertemente alcalino

8,5 – 9,0 Mayor a 9,1

1

Factores que influyen en el pH Los factores que hacen que el suelo tenga un determinado valor de pH son, fundamentalmente: Naturaleza del material original. Según que la roca sea de reacción ácida o básica Factores bióticos. Los restos de la actividad orgánica son de naturaleza ácida Precipitaciones. Tienden a acidificar al suelo y desaturarlo al intercambiar los H+ del agua de lluvia por los Ca2+, Mg 2+, K+, Na +, etc. Complejo adsorbente. Según que esta saturado con cationes de reacción básica (Ca2+, Mg 2+...) o de reacción ácida (H+ o Al 3+)

Tipos de acidez

Límite atracción del coloide

Al3+, Al(OH)xy-, H+ Al, H

Acidez residual

Acidez cambiable

Acidez activa

2

Propiedades afectadas por el pH

Propiedades físicas Dispersión/floculación de los coloides Estructura Porosidad Conductividad hidráulica Régimen de humedad y temperatura

Propiedades biológicas Relaciones bacterias/hongos Población bacteriana Humificación Fijación de nitrógeno Movilidad y absorción de nutrientes

Propiedades químicas Meteorización química Movilidad de elementos tóxicos (Al, Mn y otros metales pesados) Disponibilidad de nutrientes (como el Ca, Mg, Mb o P) Descomposición de la M.O. y mineralización del nitrógeno Adsorción de aniones (como fosfatos, sulfatos, cloruros) Hidromorfía Alteración de los minerales de la arcilla

Efecto del pH sobre la solubilidad de las especies químicas del suelo

3

Efecto del pH sobre la solubilidad de las especies químicas del suelo

Efecto del pH sobre la solubilidad de las especies químicas del suelo

4

Poder amortiguador del suelo

H+

Na+ K+ Na+ Ca+2

Ca+2

H+

H+

H+

H+

Na+ H+ + H H+ K+

Al+3 Na+ H+ Ca2+

H+

Na+ H+

H+ Ca2+ K+ H+ H+

Al+3 Ca2+

pH = 6

Poder amortiguador del suelo

Na+

H+

H+

Ca+2 H+ + H + H+ K + H+ H+ H H+ Na+ Na+ H+ H+ H+ +2 Ca H+ H+ K+ + H

Al+3 Na+

H+

Na+ H+

H+

H+ Ca2+

H+ Ca2+ K+ H+ H+

Al+3 Ca2+

pH = 4

5

Poder amortiguador del suelo

Na+ H+ + K+

Na

Na+

H+

H+

Ca+2 Ca2+ H+

H+ H+ + Na H+ H+

Ca+2 H+ K+ H+ 2+ Ca

Al+3 Na+ H+

H+

H+ H+

H+ H+ H+ H+ H+

H+ H+ H+

Al+3 Ca2+

K+

pH = 5.5

Poder amortiguador del suelo Se denomina poder amortiguador o poder tampón de los suelos a la resistencia que presenta el suelo a modificar su pH cuando se le añaden ácidos o bases Principales tamponadores del pH del suelo Tipo y contenido de arcillas Contenido en materia orgánica Contenido en óxidos Contenido en carbonatos pH inicial Contenido de minerales meteorizables

6

Causas 1. Lavado de bases Régimen percolante, P>>ETP Meteorización inicial Se liberan bases (Ca2+, Mg 2+, Na+, K+), que con una percolación prolongada son lavadas El lavado se ve facilitado por la formación de ácido carbónico CO2 + H2O → HCO3- + H + 2. Nitrificación Transformación de amonio (NH4+) de fertilizantes, orina y heces de ganado a ácido nítrico por oxidación NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H + + H2O

3. Intercambio de bases por H+ en las raíces de las plantas En las raíces se produce la absorción de nutrientes (Ca, K, Mg) liberándose H+ La acidificación neta es igual a la suma de cationes menos la suma de aniones

4. Descomposición de la materia orgánica R-COOH —> R-COO- + H+ 5. Carácter acidificante de algunas sustancias orgánicas Restos orgánicos con alta relación C/N Sustancias precursoras de las sustancias húmicas Ácidos fúlvicos

7

6. Oxidación de sulfuros Hidrólisis y oxidación de pirita (drenaje ácido) 4 FeS 2 + 14 O2 + 4 H2O —> 4 Fe 2+ + 8 SO42- + 8 H + 7. Deposición atmosférica de dióxido de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno (NOx) y amoniaco (NH3) Deposición ácida: mezcla compleja de compuestos químicos en la que predomina el H2SO4 y/o HNO3, formados por vía húmeda (precipitación) o por vía seca (partículas o gases absorbidos) Origen: emisiones volcánicas “spray” marino emisiones antrópicas

8. Hidrólisis del aluminio

H2O

H+

Al3+

H2O

H+

Al(OH)2+ H+

H2O

H2O

H+

Al(OH)2+ H+

H2O

Al(OH)3 H+

H2O

8

Denominación

Efectos esperables en el intervalo

< 4.5

pH

Extremadamente ácido

4.5 – 5.0

Muy fuertemente ácido

5.1 – 5.5

Fuertemente ácido

Condiciones muy desfavorables Posible toxicidad por Al+3 Baja disponibilidad de N y de P Exceso de Fe, Mn, Cu etc Deficiencia de Ca, Mg, K, Na, etc

5.6 – 6.0 6.1 – 6.5

Moderadamente ácido Débilmente ácido

6.6 – 7.3

Neutro

7.4 – 7.8

Moderadamente básico

7.9 – 8.4

Básico

8.5 – 9.0

Débilmente alcalino

9.1 – 10

Alcalino

> 10

Fuertemente alcalino

Suelos sin carbonato cálcico Intervalo adecuado para la mayoría de los cultivos Máxima disponibilidad de nutrientes Mínimos efectos tóxicos Por debajo de pH 7 no hay carbonato cálcico Suelos generalmente con Carbonato cálcico Disminuye la disponibilidad de N Disminuye la disponibilidad de P y B Deficiencia creciente de Co, Cu, Fe, Mn, Zn, etc Clorosis férrica En suelos con carbonatos suelen ser carbonato magnésico Mayores problemas de clorosis férrica Presencia de carbonato sódico Elevado porcentaje de Na intercambiable Toxicidad por Na y B Movilidad del P Actividad microbiana escasa Micronutrientes poco disponibles

9

Capacidad de intercambio iónico

Capacidad de adsorber e intercambiar iones sobre las superficies coloidales minerales y orgánicas Es un proceso reversible, instantáneo y estequiométrico Según el tipo de iones que se intercambien: Intercambio catiónico Suelo-M + X+ → Suelo-X + M+ Intercambio aniónico Suelo-N + Y- → Suelo-Y + N-

Capacidad de intercambio iónico Los elementos químicos constituyentes del suelo pueden ocupar distintas posiciones Fase sólida Inmovilizados en una red cristalina Inmovilizados en aluminosilicatos amorfos Inmovilizados en compuestos orgánicos Interfase sólido-liquido Ubicados en la superficie de determinadas partículas y su área de influencia (solución interna) Fase liquida Elementos disueltos o partículas en suspensión en el agua del suelo (solución externa)

10

Fenómenos de adsorción La adsorción es la asociación de materia, ya sean átomos, moléculas o iones, a las superficies de los sólidos (interfase sólido-líquido)

Tipos de enlaces en los mecanismos de adsorción Fuerzas de enlace físicas entre moléculas sin carga Fuerzas de van der Waals Puentes de hidrógeno Fuerzas de enlace entre átomos Enlace iónico Enlace covalente

Origen de la carga en superficie de los coloides del suelo Las sustituciones isomórficas en la estructura cristalina de las arcillas, lo que origina cargas permanentes independientes del pH

Rotura de borde y en grupos funcionales. Se originan cargas variables, dependientes del pH En la fracción mineral En la fracción orgánica En los óxidos e hidróxidos

11

Origen de la carga en superficie de los coloides del suelo Rotura de borde y en grupos funcionales. Se originan cargas variables, dependientes del pH En la fracción mineral

Origen de la carga en superficie de los coloides del suelo En la fracción orgánica Por disociación de los grupos hidroxilos (–OH), carboxilos (–COOH), fenoles (–C6H4OH) y aminas (–NH2)

Origen de las cargas en óxidos e hidróxidos AlOH + H+ Fe(OH)3 + H +

AlOH2+ Fe(OH)3H+

Carga dependiente del pH

12

Variación de carga en función del pH

Complejos de superficie De esfera interna Cuando la unión es a través de enlaces iónicos y/o covalentes dando complejos muy estables Por ejemplo la unión de un ion K+ en la posición interlaminar en una arcilla tipo mica De esfera externa Cuando la unión es a través de enlaces de tipo electrostático pero entre el grupo funcional de la superficie y un ion hidratado Dando lugar a un enlace es más débil y un complejo menos estable

13

Esfera interna

Esfera externa

Capacidad de Intercambio Catiónico La Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) puede definirse como la capacidad total de los coloides del suelo (arcilla y materia orgánica) para intercambiar cationes con la solución del suelo Su valor depende de la densidad de carga superficial y de su superficie específica Se expresa en centimoles de carga positiva por kilogramo cmol(+) kg-1 o cmol(+) kg -1 Tipo y cantidad de coloide Suelos con predominio de arcilla 2:1 tendrán más CIC que suelos con arcilla 1:1 Suelos con mayor contenido de humus tienen mayor CIC ya que este coloide tiene alta carga neta negativa (100-550 cmol(+)/kg) Suelos arenosos tienen baja CIC debido al bajo contenido en arcilla con relación a los suelos franco arcillosos y franco limosos

14

Capacidad de Intercambio Catiónico pH del suelo Al aumentar el pH aumenta la CIC debido al desarrollo de cargas negativas pH dependiente adicionales, aportadas por borde de arcillas 1:1, óxidos de Fe y Al, alofano y humus Superficie específica Los suelos que presentan mayor cantidad de coloides tienen mayor CIC, ya que los coloides tienen mayor superficie específica Meteorización del suelo La CIC es menor en suelos desarrollados bajo condiciones de intensa meteorización (arcilla 1:1 y óxidos de Fe y Al) que en condiciones menos extremas o intermedias (arcilla 2:1)

Cationes intercambiables La fuerza de retención por el coloide depende de Carga del catión A mayor carga, mayor fuerza de retención Al+3 > Ca+2 > Mg+2 > K+ = NH +4 = H+ > Na + > Li+ Radio hidratado del catión Con igual valencia a mayor radio hidratado, menor fuerza de retención: K+ > Na + > Li + Tipo de coloide Arcillas con alta densidad de carga (montmorillonita) retienen Ca más fuertemente que aquellas con menor densidad de carga (caolinita)

15

Constantes que definen el complejo de cambio Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC o T) La cantidad máxima de cationes que el complejo puede adsorber Se mide en cmol(+) kg-1 de suelo Suma de cationes metálicos de cambio (S) Se corresponde con la cantidad de iones alcalinotérreos y alcalinos retenidos en el complejo S = Ca 2+ + Mg2+ + Na+ + K+ cmol(+) kg-1 Insaturación Es la diferencia entre la T y la S y se corresponde con la acidez de cambio (H+ y Al 3+ cambiables) Porcentaje o Grado de Saturación en Bases (V) Se expresa en tanto por ciento V=(S/T)100

16

CIC de diferentes coloides comunes en suelos CIC (cmol(+)kg-1) Vermiculita

100 – 150

Montmorillonita

80 – 120

Ilita

20 – 40

Clorita

10 – 50

Caolinita

3 – 15

Haloisita

5 – 10

Sesquióxidos de Fe y Al amorfos

3 – 10

Alofanas

10 – 150

Coloide orgánico

100 – 300

Intercambio aniónico (CIA)

Los suelos con capacidad de intercambiar aniones con la solución del suelo son los suelos Ácidos de zonas tropicales Desarrollados a partir de materiales volcánicos (ricos en alofanas) Ricos en cargas variables (pH-dependientes)

SiO44- > H2PO4- > HPO42- > SO42- >> Cl-, NO3Adsorción

17...