1. PROPIEDADES
FISICOQUIMICAS
“Como la fotosíntesis y la
respiración, probablemente
ningún proceso en la
Naturaleza es tan vital para la
vida vegetal y animal como el
intercambio de iones, entre
las partículas de suelo y las
raíces de las plantas.”
Brady
1
1
2. Actividad fisicoquímica de
los suelos depende de:
Tipo y superficie específica de las
partículas
Desarrollo de cargas eléctricas
Superficie específica
N° de partículas g-1 (cm2 g-1)
a mf
A
(coloides)
2
2
3. Coloides del suelo
Tamaño.
Se clasifican en:
• Inorgánicos:
• Orgánicos:
un coloide hidratado = micela
Tipos de carga desarrollada
La carga neta o total del suelo es la suma
algebraica de sus cargas positivas y negativas
Carga permanente
Carga variable
3
3
4. Sustitución isomórfica
Octaedro
Al+++ Al+3
Mg++
Tetraedro
Sustitución isomórfica
Al+++ por Si++++ en tetraedros
Mg++, Fe++ por Al+++ en octaedros
4
4
6. pH
-
carga variable (dependiente del
(dependiente
pH)
Carga
permanente
0 (SI)
+
pH del suelo
6
6
7. Características de carga
Carga negativa Carga
positiva
Coloide Total Constante Variable
(cmolc/kg) (%) (%) (cmolc/kg)
Orgánico 200 10 90 0
Esmectita 100 95 5 0
Caolinita 8 5 95 2
Gibsita 4 0 100 5
Carga dependiente del pH
pH = 5,2 pH = 6,8
O- O-
CO O H CO O -
OH O-
H um us CO O - H um us CO O -
OH O-
CO O H CO O -
O- O-
CO O H CO O -
7
7
8. Carga de un suelo volcánico
Carga negativa
Carga superficial
Carga neta
Punto de carga cero
Carga positiva
pH del suelo
ADSORCION ≠ ABSORCION ≠ FIJACION
8
8
9. Hidratación de coloide
Capa de agua
adsorbida
+
+
+
+
+
Partícula de
arcilla + Catión
Molécula de agua
Iones comunes en los suelos
9
9
10. Material parental/Elementos
(fondo geoquímico)
Roca Igneas Sedimentarias
Elemento Ultramáfica Máfica Intermedia Acida Acida Sedimentos Esquistos Areniscas Calcáreas
(volcánica) arcilloso
B, ppm 1-5 50-20 9-25 10-30 15-25 120 130 30 20-30
Si, % 19.0-20.5 23-24 26.0-29.1 31.4 -34.2 30.8-33.6 24-5-27-5 24.0-27.5 31.15-36.8 2.4-4.0
As, ppm 15-1.0 0-6-2,0 1.0-2.5 1-0-16 1.5-2.5 13 5-13 1-0-1.2 1.0-14
Se, PPM 0.02-0.05 0.01-0.05 0.02-0.05 101-0.05 0.02-0.05 0,4--0.6 0.6 0.05-0.08 0.03-0.10
F, ppm 50-100 300-500 500-1200 520-850 300-700 500-800 500.800 50-270 50-350
Br, ppm 0,2-1.0 0.5-3.0 1-4 0-3-46 0.2-1.0 5-10 6-10 1-5 6
I, ppm 0.01-0.50 0.08-0.50 03-0,5 0.2-0.5 ( 0.1_0.,5) 1.0-2.2 2-6 05-1.5 1 0.5_3.0
Li, ppm 0.5-9 6-20 20-80 25-40 15-45 60 50-75 10-40 5-20
Rb, ppm 0.1-2 20-45 100 150 100-200 120-200 140-160 45 5-30
Sr, ppm 2-20 140-460 300-600 60-300 90-400 300-450 300 20-140 450-600
Ti, % 0.03-0.30 O~90-1.38 0,35-0.80 0.12-0.34 0.27 0-38-0.46 0,44-146 0.15-0.35 0.03-0.04
V, ppm 40-100 200-250 30-100 40-90 70 80-130 100-130 10-60 10-45
Mo, ppm 0.2-0.3 1.0-1.5 0.6-1.0 1.0-2.0 2.0 2.0-2.6 03-2.6 0.2-0.8 0.16-0,40
Mn, ppm 850-1500 1200-2000 500-1200 350-600 600-1200 400-800 500-850 100-500 200-1000
Fe, % 9.4-10.0 5.6-8-7 33-5.9 1.4-2.7 2.6 3.34.7 43-4-8 1.0-3.0 0,4-1.0
Co ppm 100-200 35-50 1-10 1-7 15 14-20 11-20 0.3-10 0,1-3.0
Ni, ppm 1400-2000 130-160 5-55 5-15 20 40-90 50-70 5-20 7-20
Cu, ppm 10-40 60-120 15-80 10-30 5-20 40-60 40 0-5-2.0 2~10
Zn, ppm 40-60 80-120 40-100 40-60 40-100 80-120 80-120 15-30 10-25
Al % 0.45-2.0 7~8-8.8 8.8 7.2-8.2 6.9-8.1 7.2-10.0 7.8-8.6 2.5-4.3 0.43-1-30
ELEMENTOS asociados a minerales
primarios
Mineral Elementos Elementos accesorios
primario principales
Olivino Mg, Fe, Si Ni, Co, Mn, Li, Zn, Cu, Mo
Hornblenda Mg, Fe, Ca, Al,Si Ni, Co, Mn, Sc, Li, Zn, Cu, Ga, V
Augita Ca, Mg, Al, Si Ni, Co, Mn, Sc, Li, V, Zn, Pb, Cu, Ga
Biotita K, Mg, Fe, Al, Si Rb, Ba, Ni, Co, Sc, Li, Mn, V, Zn, Cu, Ga
Apatita Ca, P, F Pb, Sr
Anortita Ca, Al, Si Sr, Cu, Ga, Mn
Andesina Ca, Na, Al, Si Sr, Cu, Ga, Mn
Oligoclasa Na, Ca, Al, Si Cu, Ga
Albita Na, Al, Si Cu, Ga
Ortoclasa K, Al, Si Rb. Ba, Sr, Cu, Ga
Muscovita K, Al, Si F, Rb, Ba, Sr, Ga, V
Ilmenita Fe, Ti Co, Ni, Cr, V
Magnetita Fe Zn, Co, Ni, Cr, V
Turmalina Ca, Mg, Fe, B, Al, Si Li, F, Ga
10
10
11. Nutrientes (elementos esenciales)
Criterios de Escencialidad
(Arnon)
Arnon
Macronutriente Macronutriente
Micronutriente
Primario Secundario
Nitrogeno (N) Calcio (Ca) Hierro (Fe)
Potasio (K) Magnesio (Mg) Zinc (Zn)
Fósforo (P) Azufre (S) Manganeso (Mn)
Cobre (Cu)
C, H y O Cloro (Cl)
Boro (B)
Molibdeno (Mo)
11
11
12. Elemento Planta (Mov.) Suelos Forma de absorción.
N Nitrógeno Si Si NO-3,NO2-,NH4+
P Fósforo No Si HPO4=,H2PO4-,H3PO4
K Potasio No Si K+
S Azufre Si Si(no) SO4=,SO2(hojas)
Ca Calcio No No Ca++
Fe(Hierro) No(ps) No Fe+++,Fe++
Mg Magnesio No (ps) Si/No Mg++
B(Boro) Si No H3BO3°
Mn Manganeso No No Mn++, Mn+++
Cl(Cloro) Si Si Cl–
Cu Cobre No (ps) No Cu++
Zn(Zinc) No(ps) No Zn++
Mo Molibdeno Si/No(ps) No MoO4=
Na Sodio No(ps) Si Na+
C Carbono CO2
H Hidrógeno H2O
O Oxígeno H2O (ps) poco soluble
Deficiente Optimo Tóxico Letal
CONCENTRAC ION DE ELEM ENTO ESENCIAL
Tolerable Tóxico Letal
12
12
14. ADSORCION:
Según la naturaleza de las fuerzas
que intervienen en la unión y según la
sustancia, se habla de:
Intercambio iónico
Quimisorción
Sorción física
Coloide Coloide
K+ Ca+2
+ Ca+2 + 2K+
K+
K+
+ 3K+ + Al3+
Al+3 K
K+ +
14
14
15. Coloide
N O 3- PO 4- PO 4- N O 3-
+
PO 4- N H 4 K+
H C a+
+
PO 4- C a+ H
+ K+ N H 4+
K+ PO 4-
N H 4+
K+
N O 3-
H C a+
+
C a+ H
+
PO 4-
K+
PO 4- K + C a+
H
N H 4+ +
C a+ C a+ N H 4+
K+ K+
PO 4- N O 3-
N H 4+ PO 4-
AL MENOS 3 TEORÍAS DEL
INTERCAMBIO IÓNICO
RED CRISTALINA
DOBLE CAPA DIFUSA
MEMBRANA SEMIPERMEABLE
15
15
16. Doble capa difusa
Catión
Densidad iónica
Anión
Coloide Solución suelo
Distancia desde la partícula
Cationes
fuertemente
hidratados
solubles
Cationes débilmente
hidratados solubles
Radio iónico (Å)
Oxidos e hidróxidos
anfotéricos
facilmente
precipitados
Aniones solubles
Valencia
16
16
17. Expresión del intercambio en
suelos
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO
(cation exchange capacity)
Cantidad total de cationes intercambiables que
un material o suelo puede adsorber a un
determinado pH.
Eventualmente al desarrollarse carga
positiva se habla de
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO ANIONICO
Carga dependiente del pH
CIA, CIC
CIA, Capacidad de Intercambio aniónico
CIC, Capacidad de Interambio catiónico
Carga total
2.0
1.5
(cmolc/kg)
1.0
CIC
0.5
0.0
(cmolc/kg)
0.5
CIA
1.0
1.5
2.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
pH de la suspensión
17
17
18. Capacidad de intercambio catiónico
CIC
cmol(+) kg-1 = meq/100 g
número de cargas !!!
no número de iones
CIC depende de:
Cantidad de arcilla y M.O
Tipo de mineral de arcilla presente
Tipo de Carga Carga
coloide negativa positiva
Humus (M.O) 200 cmolc/kg 0 cmolc/kg
Arcillas ≈100 cmolc/kg 0 cmolc/kg
silicatadas
Oxidos de Al y
4 cmolc/kg 5 cmolc/kg
Fe
18
18
19. Suelo
Calculando CIC
1 mol de carga:
1 mol de cationes monovalentes
1/2 mol de cationes divalentes
1/3 mol de cationes trivalentes
19
19
20. Regla general
CIC = (% M.O x 200) + (% Arcilla x 50)
CIC de minerales de arcilla: 3 a 150!
CIC de arcilla
(cmolc/kg)
Caolinita 3-15
Illita y clorita 10-40
Halloisita 5-50
Esmectitas (Montmorrillonita) 80-150
Vermiculita 100-150
Alofana (suelos volcánicos) < 100
S.Húmicas (humatos>huminas>fulvatos) 300-500
M.O 150-500
oxidos e hidróx. Fe y Al 4
CIC de otros
Limo de cuarzo < 0,01
Cuarzo 1-2
Feldespatos 1-2
20
20
21. Mineral Condición CIC Potencial Superficie
secundario 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 parcial
Mica hidratada 2 : 1 de K, fuerte 10 - 40 bajo 50 – 200
(no-expandible) unión
CIC y textura
Clase textural CIC
(cmolc/kg)
Arenosa 2-3
Franco arenosa 3-10
Franca 11-16
Franco limosa 13-26
Arcillosa y arcillo limosa 4-58
21
21
22. Cálculo
CICsuelo = Σ (% Ai x CICAi) + (%M.O x CICMO)
CIC vs.intensidad de meteorización
Carga (cmolc/kg)
CIC CIA
2:1
1:1 Oxidos Fe
& Al
Meteorización
22
22
23. Cationes adsorbidos : zona
Húmeda Arida
H+ K+
H+ Ca+2
Al+3 H+
Cationes adsorbidos
Orden
H
S
“cationes “cationes de
de reacción reacción
ácida” básica”
23
23
26. Reacción Redox
catalizada por bacteria
Compuestos e-
Orgánicos
Fe3+
Bacteria reductora
del Metal
Fe2+
Procesos Redox en Suelos
Reacciones
Corg > CO2
R es raci
pi ón O xi ón
daci
O2 > H2O
A eróbica
Corg > HCO3-
R educci de nirat
ón t o
( es t fcaci )
D nirii ón
NO3- > N2
Corg > HCO3-
MnO2 > Mn2+
R es raci
pi ón R educci M n /Fe
ón
Corg > HCO3-
A naeróbica
Fe3+ > Fe2+
Corg > HCO3-
R educci de Sulat
ón f o
SO42- > H2S (Form aci de H 2S)
ón
Corg > CO2
Ferm ent ón
aci Form aci de Metano
ón
Corg > CH4
26
26
27. Potencial redox (Eh) crítico
en solución a pH7
1000
Potencial Redox, Eh (mV)
O2 Descomposición del agua
800
H2O NO3
-
Teórica en
N2 Soluciones
600 MnO2
Medida en la
Mn2+
O2 Solución
400 Suelo
NO3
-
200
Mn Fe(OH) 3
2+
2+
0 Fe
SO42- CO2
-200
H2S H2 O
CH4
Descomposición del agua H2
-400
R educci A naeróbi en s os
ón ca uel
Reacciones entre Metales y el suelo
Transferencia
Intercambio
de masa Precipitación
iónico
y y
Adsorción Disolución
Concentración
del metal en la
Solución suelo
Reacción Reacción
Redox Acido-Base
Formación
de complejo
27
27
28. Expresiones de sodicidad
Porcentaje de sodio intercambiable (PSI)
[Na]
PSI= ———— x 100 (%)
CIC
Relación de adsorción de sodio (RAS)
[Na]
RAS= ——————
√ (Ca +Mg)/2
Tipos de suelo según
salinidad
PSI
(%) Suelo Suelo
sódico salino-sódico
15
Suelo Suelo
“normal” salino
0
0 4
CE (dS m-1)
28
28
29. Habilitación de suelo según
salinidad
PSI
(%) Enmienda Enmienda
+ +
lavado lavado
15
Lavado
0
0 4
CE (dS m-1)
Salino Sódico
Salino-sódico
29
29
30. Habilitación de suelo según
salinidad
PSI
(%) CaCO3/CaO/CaSO4 CaCO3/CaO/CaSO4
+ +
lavado lavado
15
Lavado
0
0 4
CE (dS m-1)
Sales Solubilidad máxima
(g L-1)
MgSO4 363,0
Na2SO4 504,0
CaSO4 2,5
NaCl 453,0
MgCl2 618,0
Na2CO3 693,0
Na H CO3 272,0
CaCO3 0,8
MgCO3 0,8
30
30
31. Solubilidades en
agua a 20°C
g L-1
CaCO3 0,01
MgCO3 0,10
CaSO4.2H2O 2,40
Na2CO3 71,00
KNO3 150,00
Na2SO4.7H20 195,00
MgSO4 262,00
Ca(HCO3) 2 262,00
NaCl 360,00
MgSO4.7H20 710,00
NaNO3 921,00
MgCl2.6H2O 1.670,00
CaCl2.6H2O 2.790,00
31
31
