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• Eve Flakita Linda Quintana

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LOS COLOIDES DEL SUELO  Un mineral es un compuesto formado por elementos quimicos  El 99% de los átomos e iones de la corteza terrestre están representados por nueve elementos: O=60% Si=20% Al=6% H=3% Na=3% Ca=2% Fe=2% Mg=2% K=1%  Los minerales que forman las rocas son minerales primarios  Los minerales primarios por acción de agentes: Físicos Químicos Biológicos

minerales secundarios

 Entre los minerales secundarios están: Arcillas Óxidos Hidróxidos

una de las fracciones más importantes del suelo

 Al meteorizarse los minerales de suelo se convierten en nutrientes para las plantas. A veces son suficientes y otras, escasos (fertilizar) Tetraedro  Los átomos de los minerales están dispuestos en estructuras: Octaedro Cubo

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1. EL COMPLEJO COLOIDAL  Es el responsable de la mayor parte de la actividad físico-química de suelo.  Constituido por partículas menores a 2 micras (arcilla+humus=complejo arcilloso-húmico)  Los minerales pueden clasificarse como arcillas, que por su tamaño no son iguales a los minerales arcillosos  La arcilla que se considera en el complejo coloidal incluye solo minerales arcillosos.  El humus = materia orgánica descompuesta, formada por moléculas orgánicas complejas, de tamaño coloidal; compuesto por ácidos húmicos y fúlvicos.  El humus es un ácido débil, sus partículas tienen carga negativa, gran actividad físico química y gran superficie  En climas cálidos y húmedos, con meteorización muy rápida y lavado intenso (desaparece de las arcillas el sílice y aluminio, quedan óxidos e hidróxidos de Fe y Al con actividad físicoquímica, que no se expanden. 2. LAS ARCILLAS  Son silicatos alumínicos (tetraedro de Si y octaedro de Al),  Están formadas por oxígeno, silicio y aluminio.  El silicio y aluminio puede ser sustituidos por cationes de menor valencia. Ej: H+ dando déficit de carga positiva y la partícula de arcilla adquiere carga negativa.  Puede ser

Cristalina Amorfas

ARCILLAS CRISTALINAS     

Tienen estuctura laminar u hojasa (filosilicatos). Compuesto por láminas tetraédicas y octaédricas elazadas de distinta forma lo que determina diferentes tipos de arcilla Varias láminas enlazadas forman una capa Una partícula de arcilla tiene varias capas Los tipos de arcilla se diferencian por las láminas que hay dentro de cada capa

Tipo 1:1     

Formado por una capa tetraédrica y otra octaédrica La separación de capas es pequeña; El agua no penetra en ellas, no se expanden. La superficie activa sólo es la parte externa de las capas. La Caolinita es la más representativa Suelos con arcillas 1:1, se hinchan poco con el agua; Tienen poca plasticidad, no se agrietan al secarse

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Tipo 2:1  Cada capa está formada por dos láminas tetraédricas que encierran entre ellas una octaédrica.  A este grupo pertenecen las micas, cuyas capas están unidas fuertemente por cationes K+ que impide la penetración de agua entre ellas.  La degradación de la estructura de las micas libera K +, las capas se separan y el agua puede penetrar se expanden.  La expansión depende del Nro de K+ presentes entre las lámina. Ej: Illita 50% de K+ Vermiculita y motmorilonita 90% de K+

arcillas expandibles o expansivas

 Arcillas expandibles tienen gran superficie activa (caras externas e interiores de las capas).

Tipo 2:2  Formada por: dos láminas tetraédricas y dos octaédricas, alternando dos de cada clase.  Está representado por las Cloritas, con poca superficie activa y poco expandibles. La superficie activa depende del tipo de arcilla y determina la capacidad de intercambio catiónico (CIC), que tiene relación directa con la fertilidad del suelo. Ejemplo: Caolinita: 10 meq/100g de arcilla Illita : 20-40 meq/100g de arcilla Motmorillonita: 60-80 meq/100g arcilla

ARCILLAS AMORFAS 13

 No tienen los cristales orientados de forma repetitiva.  Disponen de superficie activa con cargas negativas y positivas. 3. ABSORCIÓN DE CATIONES.  Ión= Átomo o grupo de átomos que ha perdido o ganado electrones. Ión con carga positiva=Catión Ión con carga negativa=Anión  Cuando los compuestos químicos están disueltos en agua se disocian en iones Ej. NO3 Na + H20  NO3- + Na+.  El agua del suelo + elementos nutritivos disueltos constituyen Disolución del suelo Solución del suelo  Los elementos nutritivos se disuelven en el agua del sueloiones Como iones son absorbidos por las plantas, o también en forma molecular (Cuadro 1). Cuadro 1. Principales iones absorbidos desde el suelo por las plantas Elementos

Iones

Carbono (C) Oxígeno (O) Hidrógeno (H) Nitrógeno (N) Fósforo (P) Potasio (K) Calcio (Ca) Azufre (S) Magnesio (Mg) Hierro (Fe) Boro (B) Manganeso (Mn) Cobre (Cu) Zinc (Zn) Molibdeno (Mo) Cloro (Cl)

CO3= (carbonato) CO3H- (bicarbonato) Oxígeno y otros elementos(K2+O) H+ (hidrógeno), OH- (hidróxido) NH4+ (amonio), NO3 -(nitrato), NO2- (nitrito) PO4H2-, PO4H=(fosfato) K+ (Potasio) Ca++ (calcio) SO4= (sulfato); SO3= (sulfito) Mg++ (magnesio) ++ Fe (ferroso), Fe+++(férrico) B4O7, BO3H=, BO3H2-(Borato) ++ Mn (manganoso), Mn4+(margánico) Cu++ (cobre) Zn++(zinc) MoO4 =(molibdato) Cl- (cloruro)

 Los coloides (arcillas y humus) tienen carga negativa, atraen y retienen iones de carga positiva (cationes).  ADSORCIÓN=Retención de los cationes sobre la superficie de los coloides.  ABSORCIÓN=Penetración de los cotiones en su interior = dentro de las arcillas (inmóviles).

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 Cationes adsorbidos, tienen intercambio continuo con los cationes de la solución del suelo.  Los cationes absorbidos se liberan al descomponerse la arcilla.  En la mayoría de suelos el Ca++ representa la mayor parte de cationes adsorbidos luego están el Mg++, K+, Na+ y NH4+.

4. INTERCAMBIO DE CATIONES  Una partícula coloidad mineral u orgánica está rodeada de miles de cationes adsorbidos, que si no se remueven por el agua de lavado y pueden ser reemplazados por otros cationes de la solución del suelo.

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 En el intercambio un catión monovalente se intercambia con otro monovalente; y, uno divalente reemplaza a dos monovalentes.  Todos los cationes adsorbidos pueden ser intercambiados por otros contenidos en la solución del suelo, dependiendo de la partícula coloidal, valencia de cationes y concentración de los mismos en la solución del suelo.  El cambio puede darse entre cationes de la misma o distinta clase. Ej. Al poner K al suelo, los cationes K de la solución pueden reemplazar cationes Ca++ que pasarán a la solución . Si la planta absorbe K+ de la solución otros K + pasan del complejo a la solución para mantener el equilibrio: K+ en el complejo y K+ en la solución.  Para que haya intercambio, los cationes del complejo deben ser equivalentes a los cationes de la solución del suelo.  Intercambio iónico = procesos reversibles por los cuales las partículas sólidas del suelo adsorben iones de la fase acuosa liberando al mismo tiempo otros iones en cantidades equivalentes, estableciéndose un equilibrio entre ambas fases  El intercambio determina la capacidad de intercambio catiónico (CIC)

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CIC = suma de cationes adsorbidos, que pueden ser intercambiados por otros cationes de la solución del suelo. Se expresa en meq/100g de suelo seco. 1 meq/100g de suelo= cmol (+)/Kg de suelo. Cuadro 2. Cationes y su peso en meq (mg) Catión Peso del meq (mg) Anión Ca++ 20,04 SO4= Mg++ 12,15 CO3= K+ 39,10 CO3HNa+ 22,99 Cl+ H 1.00 NO3+ NH4 17,03 PO4H= PO4H2-

Peso 1 meq (mg) 48,02 30,00 61,01 35,45 62,00 95,98 96,98

meq/100g = Peso de un elemento que dezplaza un peso atómico de Hidrógeno.  En el laboratorio el CIC se mide en términos de la suma de las concentraciones en ppm de cationes desplazados. Estos valores son convertidos en meq/100g de CIC, con la siguiente fórmula: meq/100g = ppm del catión / (peso equivalente x 10)

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Ejemplo: Convertir a meq/100g, 300ppm de calcio meq/100g de calcio = 300ppm/(20g x 10) = 1.5 meq/100g de suelo Cuadro 3. Números de los pesos usados para la conversión de cationes a valores de miliequivalentes Conversión de cationes a valores de miliequivalentes 200ppm de Calcio 1 meqCa/100g de coloide 120ppm de magnesio 1 meqMg/100g de coloide 390ppm de potasio 1 meqK/100g de coloide 10ppm de Hidrógeno 1 meqH/100g de coloide 230ppm de Sodio 1 meqNa/100g de coloide  Los excesos de sales libres o compuestos alcalinos que no forman parte del complejo de intercambio catiónico pero que aparecen en resultados de las pruebas alteran los resultados de la CIC.

Cuadro 4. CIC de algunos coloides y suelos SUELO Arenoso Fco. Ar. Fco. Fco. Lo. Fco. Ao. Ao. Humus 

CIC 1-5 meq/100g 5-10 meq/100g 5-15 meq/100g 5-15 meq/100g 15-30 meq/100g 50 meq/100g (promedio) 100-300 meq/100g

La CIC puede estimarse en razón del contenido de arcilla y humus del suelo:

Ejercicio 1: Calcular la CIC de un suelo que tiene 2% de humus y 26% de arcilla.

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Humus: 100-300meq/100g; promedio 200 meq/100g = 2 meq/g de humus Arcilla: 50meq /100g; 50meq / 100g; = 0,5 meq/g de arcilla X 26g X = 13 Humus: 2 x 2 meq/g de suelo = 4 meq/100g Arcilla: 26 x 0,5 meq/g de suelo = 13 meq/100g Total: 17 meq/100g de suelo

Ejercicio 2: Un suelo tiene 11 meq de Ca/100g de suelo seco. Calcular los Kg de calcio intercambiable por ha en una capa de 15cm de espesor. La densidad aparente del suelo es 1.4 g/cm 3 1. 1 meq Ca = 20.04mg Ca 11 meq Ca = x x = 220mg/100g de suelo seco = 0.22g/100g suelo = 2,2g/1000g de suelo = 0,0022kgCa/Kg suelo 2. En 1 hectárea 10 000m2 x 0.15m = 1500m3 3. D = P/V P=DxV P = 1.4 t/m3 x 1500 m3 P = 2100 toneladas = 2 100 000 kg de suelo en ha 4. Cantidad de Ca en 1 ha 0, 0022 kg Ca en 1 kg suelo X 2 100 000 kg suelo X = 4620 kg de Ca/ha 5. SATURACIÓN DE BASES:(SB O S) O PSB. Cationes de tipo básico: pH>70 Ca++, Mg++, Na+, K+ Ácidos: pH resistencia o cambio de PH.  Suelos arcillosos y ricos en humus, gran CIC, fuerte poder amortiguador. Necesitan gran cantidad de Ca++ para sustituir H+; Si el suelo fuera ácido.  Suelos arenosos; poca CIC, débil poder amortiguador, si son ácidos necesitan moderadas aportaciones de Ca para neutralizar la acidez. DETERMINACIÓN DE LA CIC En el laboratorio con una solución extractora de PH 8.2 que da el valor más allá a (CIC 8,2) o también con una solución de ph 7.0 que de valores mas bajos (CIC 7.0) CIC a veces se sustituye por T. (arroja resultados muy variables). LECTURA ADICIONAL Capacidad de intercambio cationico en los suelos

Los cationes de mayor importancia con relación al crecimiento de las plantas son el calcio (Ca++), magnesio (Mg++), potasio (K+), amonio (NH4), sodio

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(Na+) e hidrógeno (H+). Los primeros cuatro son nutrientes y se encuentran involucrados directamente con el crecimiento de las plantas. El sodio y el hidrógeno tienen un pronunciado efecto en la disponibilidad de los nutrientes y la humedad. En los suelos ácidos, una gran parte de los cationes son hidrogeno y aluminio en diversas formas. También contribuyen a la CIC las clases, cantidades y combinaciones de los minerales arcillosos y las cantidades de materia orgánica y su estado de descomposición. Los cationes no son retenidos con las mismas energías de enlace. Los sitios de intercambio de la materia orgánica, solo enlazan en forma débil a los cationes. Las arcillas con gran capacidad de intercambio tienden a enlazar los cationes bivalentes como el Ca++ y el Mg++, con más energía que el K+. Esta característica puede afectar la disponibilidad de los nutrientes. Los suelos con arcillas caoliníticas tienen una menor energía de enlace y, por lo tanto, para un nivel analítico determinado o un porcentaje de saturación de un elemento se mostrara una disponibilidad relativa mayor. Si la CIC está neutralizada principalmente por calcio, magnesio, potasio y sodio, se dice que esta saturada de bases. Sin embargo, si los cultivos o el lixiviado han removido la mayor parte de los cationes básicos, el suelo esta bajo saturación de bases o alto en saturación ácida. Las cantidades totales de cationes ácidos relativas a la CIC son una medida de la saturación ácida. Ésta también es una medida de las necesidades de encalado de un suelo (aplicar cal).

La capacidad de intercambio catiónico (CIC) es la capacidad que tiene un suelo para retener y liberar iones positivos, merced a su contenido en arcillas. Éstas están cargadas negativamente, por lo que suelos con mayores concentraciones de arcillas exhiben capacidades de intercambio catiónico mayores (Wikipedia, 2010). La capacidad de intercambio catiónico (CIC) es una medida de un material (coloide) para retener cationes intercambiables. La capacidad de intercambio generalmente se expresa en términos de miligramos equivalentes de hidrógeno por 100 g de coloide, cuya denominación abreviada es mili equivalente por 100 gramos o meq/100 g. Por definición, se convierte en el peso de un elemento que desplaza un peso atómico de hidrógeno. Un peso equivalente es igual al peso atómico dividido entre la valencia:

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ejemplo

elemento ;

peso atómico

valenc ia

peso equivalente

Ca

40,08

2

20,04

Mg

24,31

2

12,06

K

39,1

1

39,1

Na

22,99

1

22,99

En el laboratorio la CIC se mide en términos de la suma de las concentraciones en partes por millón (ppm) de los cationes desplazados, estos valores son convertidos a meq/100 g de la forma siguiente: meq/100 g= ppm del catión /(peso equivalente x 10) A continuación se indican los números de los pesos usados para lo conversión de cationes a valores de miliequivalentes:

conversiòn de cationes a valores miliequivalentes 200 ppm Ca

1 meq Ca/100 g coloide

120 ppm Mg

1 meq Mg/100 g coloide

390 ppm K

1 meq K/100 g coloide

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10 ppm H

1 meq H/100 g coloide

230 ppm Na

1 meq Na/100 g coloide

Los excesos de sales, sales libres o compuestos alcalinos que no forman parte del complejo de intercambio catiónico, pero que aparecen en los resultados de las pruebas, alteraran los resultados de la CIC.

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