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• JeferDavila

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ÍNDICE ÍNDICE ......................................................................................................................... 1 INTRODUCCION ......................................................................................................... 2 OBJETIVO ................................................................................................................... 3 MARCO TEORICO ...................................................................................................... 3 LA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO (CIC) ......................................... 3 CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO EN LOS SUELOS ........................... 4 METODO APICADO EN LABORATORIO .................................................................. 5 METODO DEL ACETATO DE AMONIO ................................................................... 5 CUESTIONARIO........................................................................................................ 10 ANEXO ...................................................................................................................... 16 ANEXO 01 .............................................................................................................. 16 CONCLUSIONES ...................................................................................................... 17

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CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO INTRODUCCION Los componentes sólidos del suelo, inorgánicos (arcillas) y orgánicos (materia orgánica) poseen cargas negativas en su superficie, las cuales le permiten adsorber iones cargados positivamente (cationes) de la fase liquida del suelo. Este proceso es reversible, y la fase solida pude liberar al mismo tiempo otros iones hasta establecer un equilibrio entre la fase sólida y la fase liquida. La propiedad del suelo de poder intercambiar iones en la interface solido-liquido tiene grandes repercusiones en el compartimiento del suelo:  Controla la disponibilidad de nutrientes para las plantas, K +, Ca+2, Mg+2, etc.  Interviene en los procesos de floculación-dispersión de las arcillas y de por consiguiente en el desarrollo de la estructura y en la estabilidad de los agregados.  Determina el rol del suelo como depurador natural al permitir la retención de elementos contaminantes incorporados al suelo. La Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) es definido como la suma total de los cationes intercambiables que un suelo pueda adsorber. La CIC de un suelo variara de horizonte a horizonte y en cada uno de ellos dependerá del contenido y tipo de minerales de arcilla y de los componentes orgánicos. La CIC es expresada en términos de moles de carga positiva adsorbida por unidad de masa. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (SI) es centimoles de carga positiva por kilogramo de suelo cmol (+).kg-1de suelo; sin embargo, en la actualidad todavía se utiliza la expresión miliequivalentes por 100g. de suelo (me/100g).

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OBJETIVO Al finalizar la práctica, estaremos capacitados para determinar, por un método adecuado, la capacidad de intercambio catiónico del suelo problema y compararlo con un suelo de características conocidas.

MARCO TEORICO LA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO (CIC) 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 y materia orgánica. Las arcillas están cargadas negativamente, por lo que suelos con mayores concentraciones de arcillas exhiben capacidades de intercambio catiónico mayores. A mayor contenido de materia orgánica en un suelo aumenta su CIC. La capacidad de intercambio catiónico (CIC) es una medida de un material (coloide) para retener cationes intercambiables. También puede ser definida como las cargas negativas por unidad de cantidad de coloide que es neutralizada por cationes de intercambio. Un catión es un ion que tiene carga eléctrica positiva mientras que el coloide tiene carga negativa. 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:

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:

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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:

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.

CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO 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 (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 hidrógeno 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 mostrará una disponibilidad relativa mayor. Si la CIC está neutralizada principalmente por calcio, magnesio, potasio y sodio, se dice que está saturada de bases. Sin embargo, si los cultivos o el lixiviado han removido la mayor parte de los cationes básicos, el suelo está 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). Ver ANEXO 01.

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METODO APICADO EN LABORATORIO METODO DEL ACETATO DE AMONIO La saturación de la muestra se realiza con acetato de amonio 1N pH 7.0. En este método el suelo es lavado con un exceso de solución de acetato de amonio con el objeto de remover los cationes cambiables y saturar el suelo con amonio. El exceso de amonio, presente en los poros del suelo, es lavado con alcohol. El amonio adsorbido en el complejo arcillo- húmico es destilado en presencia de una base fuerte (NaOH) concentrada, capturado en un acido (HCl) y posteriormente titulado por retrovaloracion y calculado en términos de miliequivalentes por 100 g de suelo o centimoles por kg de suelo. Este método de destilación es conocido como método de Kjeldahl.

MATERIALES

ACETATO DE AMONIO 1N, PH 7.0.

ALCOHOL ETÍLICO.

ÁCIDO CLORHÍDRICO 0.1 N.

5

HIDRÓXIDO DE SODIO 0.1 N.

VASOS DE 200 ML.

PIPETA GRADUADA DE 25 ML.

BURETAS DE 25 ML.

EMBUDOS DE TALLO LARGO.

PAPEL FILTRO.

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BALANZA.

PROCEDIMIENTO

1

Pesar

exactamente

2.5

gramos de suelo

2

Luego ponerlo en el embudo con un papel filtro, lo lavamos con 50 ml de agua.

7

3

Lavar con acetato de amonio 1N,

agregando

porciones

pequeñas

cantidades

hasta

completar 50 mL.

4

Lavar el suelo con 25 mL de alcohol etílico para eliminar el exceso de amonio.

5

Lavar el suelo con 25 ml de cloruro de potasio 1N y recibir el filtrado para el CIC total.

8

6

De esto tomamos 25 ml y le echamos al Becker.

7 Luego agregamos 2 ml de fornaldehido al 37 % y dejar máximo 10 minutos y agregar 2 a 3 gotas de fenoltaleina y titularlo con hidróxido de sodio 0.02 N, ante la presencia del indicador rojo demetilo.

RESOLUCION

Datos: Peso de Suelo: 2.5g. 2.5g

50 ml

X

25 ml

X = 1.25g suelo

Gastaron: 16.3 ml (NaOH) 0.02N x 16.3ml = 0.326meq 0.326 meq Y

1.25g 100g

Y = 26.05meq

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El CIC total = 26.08meq /100gr

CUESTIONARIO

1. Explique brevemente las fuentes de carga electica en el suelo.

El origen de las cargas en el suelo, como antes se explicó, se debe a: 

Sustitución iónica en los minerales arcillosos (Cargas negativas). Se puede dar dos casos: por bordes de los cristales expuestos, es decir las superficies externas de los minerales tienen expuestos grupos oxidrilos que actúan como lugares de cambio. El H de estos radicales OH se separan ligeramente y la superficie coloidal de la izquierda queda con una carga negativa, llevada por el O. El segundo origen de cargas negativas es la sustitución de un átomo por otro dentro de la red cristalina.



Los óxidos e hidróxidos de Si, Fe y Al (Cargas negativas).



La materia orgánica (Cargas negativas)

2. ¿Como se genera las cargas en el coloide orgánico?

El único proceso de generación de cargas en el coloide orgánico es la disociación de OH (alcoholes y fenoles) y COOH (ácidos). Al encontrarse la partícula de este coloide cargado de O- y COO- ocurre una mayor atracción de cationes, lo cual es una gran ventaja en este coloide en cuanto a la agricultura. En este proceso se generan cargas variables, en su mayoría negativas debido a que por lo general un suelo rico en coloide orgánico presenta pH básico; la única manera de que se generen cargas positivas sería gracias a la presencia de NH2+.

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3. ¿Qué relación guarda la textura del suelo con la Capacidad de Intercambio Catiónico?

Mientras más gruesa sea la textura se esperaría encontrar menor CIC. En texturas más finas se espera un mayor CIC debido a la predominancia de minerales arcillosos, los cuales exhiben cargas; sin embargo, esto dependerá del tipo de mineral arcilloso presente en el suelo (mineral 1:1, menor CIC; mineral 2:1, mayor CIC), pudiéndose encontrar suelos con el mismo porcentaje de arcilla y con diferentes valores de CIC, o suelos con mayor porcentajes de arcilla y con menor CIC que un suelo con menor porcentaje de arcilla pero que probablemente este constituido principalmente por montmorillonita o illita

4. ¿Qué es sustitución isomórfica y cómo influye en la Capacidad de Intercambio Catiónico del suelo?

La sustitución isomórfica se trata del desplazamiento de sílice por un elemento de un diámetro ligeramente superior (aluminio) al momento de la formación del tetraedro. La sustitución isomórfica influye en la capacidad de intercambio catiónico mediante la formación de cargas y como la sustitución isomórfica no es afectada por el PH, como en la ionización, entonces se dice que la SI provee cargas permanentes por lo tanto es más estable

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5. Defina y explique la carga dependiente del pH.

En cierto tipo de suelos, si se determina la carga superficial a distintos valores de pH, midiendo la adsorción de un catión y de un anión determinados, generalmente Na+ y C1, se encuentra que al pasar de pH ácido a alcalino la adsorción del anión tiende a cero mientras que la del catión aumenta a medida que el pH se hace más alcalino. La carga positiva desarrollada a pH bajo (ácido) y el exceso de carga negativa desarrollada a pH alto (alcalino) se llama carga dependiente del pH. Normalmente los suelos que presentan carga dependiente del pH, también presentan carga dependiente de la concentración de electrolito y por ello se habla de carga dependiente del pH y de la concentración de electrolito. La carga dependiente del pH se origina por ganancia o pérdida de H+ de los grupos funcionales sobre las superficies de los sólidos del suelo. Los grupos funcionales incluyen hidróxidos [-OH) carboxilos [-COOH) fenoles [-C6H40H) y aminas [-NH2). La carga que se desarrolla a partir de estos grupos funcionales depende principalmente del pH de la solución, el cual regula el grado de protonación o desprotonación del grupo funcional. Entre los sólidos del suelo capaces de generar carga dependiente del pH están los silicatos laminares, los óxidos e hidróxidos, el alofán y la materia orgánica. La pérdida o ganancia de iones H+ puede ocurrir por: ionización de los grupos silanol y aluminol, desprotonación o protonación de las superficies de los óxidos e hidróxidos de Fe y Al, la presencia de alofán, imogolita y para-alofán, y por la desprotonación de grupos orgánicos. La carga total del suelo es la suma algebraica de sus cargas positivas y negativas. La contribución relativa de la carga permanente y de la carga dependiente del pH depende de la composición del coloide y del ambiente iánico en el cual se formó el suelo. La caolinita tiene carga dependiente del pH en los bordes cristalinos, la que se generaría por protonación o desprotonación de los grupos aluminol (-AlOH) y silanol (-SiOH) superficiales. Para caracterizar la acidez de dichos grupos, Jackson citado por Bohn et al (1979), asignó valores de pKa de 5,0 al grupo Al (OH2), de 7,0 al grupo (A1-OH-Si)+0,5, y 9,5 al grupo SiOH. Dado el alto valor del pKa de los grupos SiOH, las variaciones en la carga dependiente del pH en los silicatos laminares están más asociados con la protonación y desprotonación reversibles de los grupos AlOH expuestos. Los ácidos débiles están disociados en un 50% cuando el pH del medio es igual a sus pKa. Así, en el caso del grupo silanol con un pKa de 9,5, estaría disociado en un 50 % a pH 9,5; por lo tanto, su contribución a la carga negativa del suelo es mínima dentro del rango de pH normal en los suelos agrícolas. Los iones hidroxilo expuestos sobre las superficies planares de los minerales también se caracterizan por los altos valores de PKa y contribuyen a la carga dependiente del pH solamente a pH muy alto.

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La contribución de los grupos OH de los bordes a la carga dependiente del pH se relaciona tanto con la acidez de los grupos de los bordes como con el área superficial de los bordes. En los minerales tipo 2:1, tales como la montmorillonita, los grupos funcionales son débilmente acídicos y se disocian solamente a pH alto. Además, la cantidad de superficie en los bordes de los minerales 2:1 es pequeña respecto de la superficie basal (planar). Las dimensiones de las partículas en el plano horizontal (a-b) son 10 a 20 veces mayores que las dimensiones en el plano vertical (c). Por otro lado, la caolinita tiende a apilarse en la dirección c, aumentando el área relativa de los bordes en relación con el área planar basal. Por lo tanto, la carga dependiente del pH es más importante para la caolinita que para las smectitas o vermiculitas. Como regla sólo un 5 a 10% de la carga negativa sobre los silicatos laminares es dependiente del pH, mientras que un 50% o más de la carga desarrollada en las arcillas y minerales 1:1 pueden ser dependientes del pH. Los suelos altamente meteorizados, ricos en óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio, tienen cargas dependientes del pH. Estos materiales están como recubrimientos y entre las láminas de las arcillas minerales cristalinas. Al exponerse a la humedad sus superficies se hidroxilan. Las cargas se desarrollan sobre estas superficies hidroxiladas ya sea por disociación anfotérica de los grupos hidroxilo superficiales o por adsorción de iones H+ u OH-.

6. ¿En qué suelo ocurre el intercambio aniónico? ¿Bajo que condiciones?

En el fenómeno de intercambio, existen fuerzas electroestáticas, como de adsorción. Las cargas para los cambios de aniones se originan por la adición de protones a la superficie de grupos del tipo de (Al,Fe)-OH. El fenómeno se ilustra mediante la siguiente reacción, en suelos ácidos altamente meteorizados: (Al,Fe) - OH- + H+ Superficie Superficie neutra

+ Protonado Protón protonado

=

(Al,Fe)OH2 Superficie neutra

+ Anión Carga positivamente

Los hidroxilos toman átomos de hidrógeno (protones) o son protonados. Los aniones retenidos son intercambiables. Para la existencia de estas cargas, el suelo debe ser fuertemente ácido en el caso de minerales cristalinos; en suelos con alto contenido de alofan, sesquioxidos la adsorción se vuelve importante, aún en valores menos ácidos. Suelos con coloides cargados positivamente, adsorben aniones como nitratos y cloruros mientras que el calcio, magnesio y el potasio son susceptibles para el lavaje.

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7. Una muestra de 50 g de suelo se satura con 0.15 g de Ca++ ¿Cuál es la CIC del suelo?

La CIC del suelo es 15 meq.

8. Se tienen dos suelos de textura semejante, uno proveniente de costa y la otra de selva ¿esperaría Ud. que presentaran CIC diferente? ¿Por qué?

No, la textura solo me da una idea de la cantidad de arena, limo y arcilla que tiene el suelo en estudio, pero no me dice que clase de arcilla poseedor eso no puedo considerar que suelo de costa y selva de texturas semejantes tengan igual CIC. El CIC de la costa es mayor por las bajas precipitaciones y porque la sustitución isomórfica tiene más tiempo de sobrevivencia en esta zona. En cambio en la selva se da todo lo contrario, estos suelos presentan un CIC muy bajo. Por las altas precipitaciones estos suelos están en constante lavaje y los nutrientes como k, Mg, Ca etc son susceptibles a este lavaje se pierden en capas inferiores (material eluviado).

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9. Complete el siguiente cuadro:

ESTRUCTURA

Cmol (+).kg-1

CRISTALINA

COLOIDE

Caolinita

1:1

3 - 15

Montmorillonita

2:1

80 - 120

Vermiculita

2:1

100 – 150

Ilita

2:1

20 - 50

Clorita

2:2

10 – 40

Humus (M.O.)

M.O

100 - 3000

COLOIDE

10. En el análisis se un suelo del Valle de Pativilca se obtiene una CIC de 13.8 meq/100g ocupados por: Ca = 12.0, Mg =1.3, K = 0.24 y Na =0.2 meq/100g respectivamente. Exprese estos cationes cambiables en Kg/Ha del elemento. Peso ha = 2000 TM

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ANEXO ANEXO 01 SOLUCIONES MAS EMPLEADAS EN LA CIC DEL SUELO

SOLUCION

CH3COONH4

CH3COONa

BaCl2

LiCI

CH3COOLi

KCl

pH

7

8.2

8

7

8.2

7

Destilación Kjeldahl

Espectrofotometría

Precipitación

Fotometría

Fotometría

Espectrofotometrí

de llama

de llama

a

Determinación

de Suelo acido( pH

SO4=

No

Si

Si

SI

No

Si

Si

Si

Si

SI

No

No

N

Si

Si

SI

No

Si

O

Si

SI

SI

SI

Si

N

No

No

SI

Si

No

6.0)

Suelo acido-neutro (pH6.0-7.5)

Suelo calcáreo

Suelo orgánico

Suelo salino O

Si

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CONCLUSION 1. El método usado en esta práctica es uno de los más efectivos en la determinación del CIC de un suelo.

2. Por los datos obtenidos podemos (12 meq) podemos decir que nuestro suelo puede absorber 12meq de cualquier catión.

3. De lo reportado por la literatura se desprende que la determinación de la CIC real para condiciones de campo, es compleja y existen ventajas y desventajas en cada método empleado.

4. La muestra de suelo utilizado presenta textura arcillosa, y por el meq se podría decir que representa a una hayllosita o una clorita, pero siempre puede haber imprecisiones en la determinación.

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