Este documento trata sobre la capacidad de intercambio iónico en el suelo. Explica que el intercambio iónico es un proceso reversible mediante el cual la fase sólida del suelo retiene iones de la solución del suelo a través de atracción electrostática con coloides cargados. Los principales factores que controlan el intercambio iónico son la cantidad y tipo de arcilla, la superficie específica de los coloides y la densidad de carga. También describe las características de las diferentes arcillas y su capac

2. CAPACIDAD DE INTERCAMBIO
CAPACIDAD DE
INTERCAMBIO
COLOIDES
CARGAS
NEGATIVAS
CARGAS
POSITIVAS
CAPACIDAD DE
INTERCAMBIO
CATIONICA
CAPACIDAD DE
INTERCAMBIO
ANIONICA
INORGANICOS ORGANICOS
-ARCILLAS
-OXIDOS DE Fe
Y Al
-ALOFANO
HUMUS

3. INTERCAMBIO IÓNICO
El intercambio iónico es un proceso reversible,
estequiométrico y rápido mediante el cual la fase sólida
retira y retiene algunos iones de la solución del suelo, al
tiempo que le entrega cantidades equivalentes de otros,
para establecer un nuevo equilibrio entre las 2 fases.
Se da por atracción electrostática entre la superficie
cargada de un coloide y un ión con carga contraria y se
llama adsorción
Se expresa en cmol (+) kg-1
de suelo o en meq
(100g de suelo) -1
Daniel F. Jaramillo J. Profesor Titular. Universidad Nacional de Colombia. Medellín.

4. 1 EQUIVALENTE QUIMICO DE UN ELEMENTO X = EQUIVALENTE QUIMICO DE UN ELEMENTO Y
1 me X /100g = 1 me Y/100g

5. CARACTERÍSTICAS DEL INTERCAMBIO
CATIÓNICO
GENERALMENTE
EQUIVALENCIA
QUÍMICA
PROCESO
REVERSIBLE
LÍMITE
GENERAL.
NETO
EQUILIBRIO RÁPIDO Y
DINÁMICO - INTERCAMBIO
CONTINUO
REGULADO POR LA LEY
DE ACCIÓN DE MASAS
CARACTERÍSTICAS

6. CANTIDAD Y TIPO
DE ARCILLA Y DE
MO ACTIVA DEL
SUELO
SUPERFICIE
ESPECÍFICA QUE
PRESENTEN LOS
COLOIDES DENSIDAD DE
CARGA DE LOS
COLOIDES
PROPIEDADES
DEL CAMBIADOR
(COLOIDE):
FACTORES QUE CONTROLAN EL
INTERCAMBIO IÓNICO

7. Estructura de las unidades básicas de arcillas: (a) octahédrica,
(b) capa octahédrica, (c) tetrahédrica y (d) capa tetrahédrica.
ARCILLAS:
MINERALES SILICATADOS SECUNDARIOS
(FILOSILICATOS), DE ESTRUCTURA CRISTALINA
( ORDENAMIENTO INTERNO DE SUS ATOMOS)

8. ORIGEN DE LAS CARGAS EN MINERALES
ARCILLOSOS:
- Ionización
- Sustituciones isomórficas en la red
- Ruptura de enlaces en la estructura
ORIGEN DE LAS CARGAS EN ÓXIDOS E
HIDRÓXIDOS:
- Al-OH + OH-
Al-O-
+ H+
⇒carga dependiente del pH o de tipo variable
⇒ Sustitución Isomórfica

9. -INESTABILIDAD
-POTENCIAL
NUTRICIONAL
SUSTITUCION
ISOMORFICA
NATURAL
EXPONTANEA
IRREVERSIBLE

10. TETRAEDROS DE Si=0.042nm
TETRAEDROS
DE Al=0.051 nm
SUST.ISOMORF
3+Al
SUSTITUCION ISOMORFICA

11. TRIOCTAEDRICA
DIOCTAEDRICA

14. ORIGEN DE LAS CARGAS EN
COLOIDES ORGÁNICOS:
•Son de estructura variable, compleja, poco
definida
• Inestables
• El tamaño de micelas es pequeño
- grupos carboxilo --COOH
- grupos fenólicos --OH
- grupos enólicos --OH
EL GRUPO CARBOXILICO PARTICIPA EN EL
ORDEN DEL 90%

17. EFECTO DE LA REACCION DEL SUELO EN LA CIC-
WISCONSIN-
REACCION
DEL SUELO
mmol (+) /kg VALORES MEDIOS DE 60 SUELO
MO SILICATOS
LAMINARES
SUELO
GLOBAL
%CIC DE
LA MOS
2.5 360 380 58 1
3.5 730 460 75 28
5.0 1270 540 97 37
6.0 1310 560 108 36
7.0 1630 600 123 40
8.0 2130 640 148 45
HELLING, G., CHESTERS y R.B. COREY. Soil Sci.Soc. Amer. Proc. 28:517 ,1964

21. ARCILLAS
FILOSILICATOS

22. MONTMORILLONITAMONTMORILLONITA
1. Suelos muy pesados,dificulta mecanización, depende del
contenido de agua
2. Ruptura de raíces al agrietarse
3. Condiciones de reducción en estación lluviosa
4. Suelos son inestables para obras de ingeniería
5. Cercas, muros y paredes se inclinan, pisos se levantan
6. Superficie específica interna y externa muy grande
-15 a 20 veces mayor que 1:1
-alta susceptibilidad absorber agua y nutrientes
-alta CIC: 80-120 cmol(+)/L
GILBERTO CALBACETA

23. 7.Alta retención de bases y fertilizantes
-alta capacidad de reserva
8.Retienen diferentes compuestos o iones:
M.O., plaguicidas (herbicidas)
-inactivación inicial alta
-persistencia y efecto residual también
9.Carga superficial permanente (Mg/Al en octaedros)
-llega indirecta, difusa, menos “fuerte”
-20% carga por bordes rotos
GILBERTO CALBACETA

24. 1. Se hidrata por dos capas de agua:
-no es tan pegajosa ni plástica
-no presenta problemas de manejo (es expandible)
2. Superficie específica externa e interna similar a mont.
3. Carga en los tetraedros: Al/Si
-carga es más directa, más “fuerte”, más densa
-más potencialidad nutricional
-más CIC: 100 – 150 cmol(+)/L
-mayor retención de herbicidas, M.O. y forman
complejos
-poca cantidad en suelo repercute en fertilidad
-fija K y NH4
-si fija mucho K, se convierte en ilita
VERMICULITAVERMICULITA Arcilla 2:1
GILBERTO CALBACETA

26. 1. Arcilla 2:1
2. fija K entre sus capas
-se restringe capacidad de expansión
-aumenta el tamaño de las partículas
-desaparecen superficies internas entre láminas
-CIC: 20 – 50 cmol(+)/L
-reduce potencial nutricional
3. Carga por sustitución isomórfica, permanente
4. Poco común como material principal
5. Vertisoles, Alfisoles, Inceptisoles, Entisoles
ILITAILITA
GILBERTO CALBACETA

27. Hexagono = 2.8 A
K = 2.66 A

28. 1. Estados intermedios de cualquier arcilla
-mezclas de 2, 3, 4 y más arcillas
-micas revueltas con montmorillonitas,
vermiculitas, cloritas o alofanas
2.Mucha sustitución isomórfica, pero depende del
material
3.Menos comunes en los trópicos
INTEGRADOS O CAPAS INTERESTRATIFICADASINTEGRADOS O CAPAS INTERESTRATIFICADAS
GILBERTO CALBACETA

29. SUPERFICIE
ESPECÍFICA
Caolinita de elevada cristalinidad hasta 15 m2/g
Caolinita de baja cristalinidad hasta 50 m2/g
Halloisita hasta 60 m2/g
Illita hasta 50 m2/g
Montmorillonita 80-300 m2/g
Sepiolita 100-240 m2/g
Paligorskita 100-200 m2/g
CAPACIDAD DE
INTERCAMBIO
CATIÓNICO
Caolinita: 3-5
Halloisita: 10-40
Illita: 10-50
Clorita: 10-50
Vermiculita: 100-200
Montmorillonita: 80-200
Sepiolita-paligorskita: 20-35
CAPACIDAD DE
ABSORCIÓN HIDRATACIÓN E
HINCHAMIENTO
PLASTICIDADTIXOTROPÍA
CARACTERISTICAS
GENERALES
DE LAS ARCILLAS

31. METORIZACION QUIMICA
El CO2 disuelto en el agua de lluvia o de los ríos puede
desencadenar una serie de procesos hidrolíticos:
CO2+H2O ® H2CO3+FELDESPATOS = ARCILLAS: Al2Si2O5(OH)4
TRES EJEMPLOS CONDUCENTES A LA FORMACIÓN DE
ARCILLAS:
1) Hidrólisis de anortita (plagioclasa cálcica):
CaAl2Si2O8+2H2CO3+H2O ® Ca2++
2 HCO3
-
+Al2Si2O5(OH)4
2) Hidrólisis de la albita (plagioclasa sódica):
2NaAlSi3O8+2H2CO3+9H2O ® 2Na++
2HCO3
-
+Al2Si2O5(OH)4 +4H2SiO4
3) Hidrólisis de la ortoclasa (feldespato potásico):
2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O ® 2K+
+2HCO3
-
+Al2Si2O5(OH)4 +4H2SiO4

35. Características de cargas de coloides representativos.
TIPO DE COLOIDE CARGA NEGATIVA CARGA
POSITIVA
cmol / kg
Premanente
cmol/kg
Constante
%
Variable %
ORGANICO 200 10 90 0
SMECTITA 100 95 5 0
VERMICULITA 150 95 5 0
MICA FINA 30 80 20 0
CLORITA 30 80 20 0
CAOLINITA 8 5 95 2
HALLOYSITA* 18 33 67 15
GIBBSITA 4 0 100 5
GOETITA 4 0 100 5
ALOFANA* 51 20 80 17
FUENTE: BRADY 1990 * CITADO EN SANCHEZ PEDRO 1976

36. CARGA PERMANENTE
FRACCION
ORGANICA
FRACCION
INORGANICA
CARGA EN FUNCION DEL
pH o VARIABLE
CIC
me/100g
pH
4.0 7.0

37. 5.5 6.0 6.5 7.0
CIC pH suelo
BT
Ac.no Interc.
CIC pH 7.
Ca
Mg
K
Na
H
H
H
H
H
H
Cargas
dep.
pH
Cargas
dep.
pH
Cargas
perm.
Cargas
no
operat.
pH del
suelo
Cargas
operat.
pH del
suelo
SUELOS CON ALUMINIO
Al
Ac. Intercambiable

39. pH + 7.0, CIC= 10
AcNH4
+
BUFERADA o TAMPONADA A pH 7.0
pH 4.0, CIC = 8
K Ca Al Al
Al Mg Al Al
NH4
+
NH4
+
NH4
+
NH4
+
NH4
+
NH4
+
NH4
+
NH4
+
NH4
+
NH4
+
FILTRADO:
5 Al, 1 Ca,
1 Mg, 1 K

40. CARACTERISTICA ANFOTERICA

41. DOBLE CAPA DIFUSA
No existe una sola capa de cationes que se encuentra
neutralizando las cargas negativas de los coloides

42. -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
C
O
L
O
I
D
E
Ca
+ +
Ca
+ +
Ca
+ +
Mg
K
Mg
Mg
K
Na
K
S
O
L
U
C
I
O
N
S
U
E
L
O
Menor fuerza
DOBLE CAPA DIFUSA

44. pH
cmol de OH agregados
humus
smectita
“illita”
caolinita

45. CAPACIDAD TAMPÓN
Solución y oxidación de pirita
y otros sulfuros
pH : 2-4
Compuestos alumínicos pH : 4-5.5
Complejo de cambio pH : 5.5-6.8
Materia orgánica y minerales pH : 6.8-7.2
Carbonatos de Ca y Mg pH : 7.2-8.5
Sodio de cambio y carbonato
sódico sólido
pH : 8.5-10.5

47. CATIONES DE INTERCAMBIO: son los cationes
asociados al suelo que pueden intercambiarse con
los de la solución sin que se descompongan los
sólidos del suelo
a) BASES DE INTERCAMBIO: le confieren al
suelo un carácter básico : Ca++
, Mg++
, K+
y Na+
b) ALUMINIO (AL+++
) O ACIDEZ
INTERCAMBIABLE:
el Al hexahidratado, le confiere al suelo
acidez, pudiendo ceder protones por
disociación de sus moléculas de agua
TERMINOLOGÍAS

48. A pH IGUAL A 7.0 V es = 100%
SATURACION DE BASES DE CAMBIO ( V)

49. TASA DE SATURACION DESCRIPCION
< 40 % DESATURADO
40 – 50 % LIGERAMENTE
SATURADO
50 – 80 % MODERADAMENTE
SATURADO
> 80 % SATURADO
SATURACION DE BASES EN EL
COMPLEJO DE CAMBIO

50. ADSORCIÓN ESPECÍFICA
CATIÓNICA
• Los sesquióxidos de Fe, Al y Mn son los
principales responsables
• Metales alcalinos y metales pesados Zn, Co y Cd
• Acumulación de Mn, Cu, Co, Ni, Zn, Pb,Cr, V
• Controla disponibilidad y toxicidad de iones
metálicos para la planta
Jaramillo J. Profesor Titular. Universidad Nacional de Colombia. Medellín

51. RETENCION DE CATIONES
•CARACTERISTICAS DE INTERCAMBIADOR
MATERIA ORGANICA :Na < K < NH4
+
<Mg< Ca < Ba < Mn
CAOLINITA : Na < H < K < Mg < Ca
MONTMORILLONITA :Na < K < H < Mg < Ca
MICA : Na < Mg < Ca < K < H
Ac. HUMICO : Na < K < Mg < Ca < H
REDUCCION EN LA RELATIVA FACILIDAD DE DESPLAZAMIENTO
•CARACTERISTICAS DEL ELEMENTO
-VALENCIA : CATIONES DE MAYOR VALENCIA SON MAS FUERTEMENTE
RETENIDOS.
-DIAMETRO EFECTIVO E HIDRATACION: LOS CATIONES DE MENOR DIAMETRO
SON MAS HIDRATADOS POR LO QUE SON MENOS FUERTEMENTE RETENIDOS
H+
>Al+++
>Ca++
>Mg++
>K+
>NH4
+
>Na+
>Li+

54. MATERIA ORGANICA DEL SUELO

55. SOLUCION
AGREGADA
% DE Ca
REEMPLAZADO POR:
L MOL /L Ba2+
NH4
+
0.025 0.04 49.7 29.8
0.100 0.01 50.2 20.8
0.200 0.005 50.8 16.6
0.400 0.0025 52.7 15.2
Schachtschabel P. 1940

56. Jenny y Reitemeier 1935
RELACION DE CARGA Y TAMAÑO DEL
ION A RETENCION DELION
ION RADIO
CRISTALOGRAFICO
DESHIDRATADO
% DE C+
LIBERADO POR
NH4
+
O K+
Na 0.097 67
K 0.133 49
NH4
+
0.143 50
Mg 0.066 31
Ca 0.099 29
Ba 0.134 27
Al 0.051 15

57. Capacidad que posee un suelo de adsorber aniones
intercambiables y es equivalente a la carga positiva del
mismo
• Es importante en suelos con altos contenidos de sesquióxidos
de Fe y Al y en suelos tropicales fuertemente intemperizados,
sobre todo a pH bajo
• Afecta algunos nutrientes para la planta como NO3
-
y SO4
2-
y
facilita la contaminación de suelos con algunos pesticidas,
como el 2,4,5-T y el 2,4-D, así como algunos metales pesados
como el Cr y el As
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO
ANIONICO (CIA)
•Determina la retención de fosfatos,sulfatos y silicatos
• Determina la fijación de fosfatos

58. RETENCION DE ANIONES
•RUPTURA DE ENLACES Si-O
Al – OH
OH
•CARACTER ANFOTERICO DE LOS
COLOIDES:
VARIA DE ACUERDO CON EL COMPUESTO, PUES CADA
UNO DE ELLOS PRESENTA UN DETERMINADO pH PARA
MANIFESTAR SU CARÁCTER ANFOTERICO
DOBLE CAPA DIFUSA
LOS ANIONES SON ADSORBIDOS COMO EFECTO
RESIDUAL DE LA DESORCION DE CATIONES

59. OXISOL INCEPTISOL
cmol(+)/kg cmol(+)/kg
pH Cl-
SO4
2-
PO4
3-
pH Cl-
SO4
2-
6.7 0.3 2.0 41.2 6.8 0 22.0
5.8 2.4 7.1 50.8 5.6 0 36.5
4.0 6.0 ----- 88.2 4.0 0.05 47.4
H2PO4
-
>HPO4
2-
>SeO4
2-
=HMoO4
-
=F-
>SO4
2-
>Cl-
>NO3
-

60. LA TABLA QUE SE MUESTRA A
CONTINUACIÓN RESUME LAS
RELACIONES.

62. pH o REACCION DEL SUELO

65. pH DEL SUELO Y DISPONIBILIDAD
DE NUTRIENTES
Valor óptimo de pH: 5 – 6
Máxima disponibilidad de nutrientes
Valores altos de pH:
Disponibilidad reducida de nutrientes
Valores bajos de pH:
Disponibilidad reducida de nutrientes
Niveles tóxicos de Al, Mn

66. SALES SOLUBLES ACIDAS,BASICAS O NEUTRAS QUE APARECEN POR:
-METEORIZACION DE MINERALES
-MINERALIZACION DE LA MO
-AGUA DE RIEGO
-ADICION DE FERTILIZANTES
-ESTADO OXIDO REDUCTIVO
OXIDOS DE Fe, Al,
QUE EN MEDIO
ACIDO PUEDEN
MODIFICAR EN
FORMA SIGNIFICA
EL pH
EL HUMUS QUE TIENE
GRUPOS FUNCIONALES
DEL TIPO: CARBOXILIXCOS,
FENOLICOS, ENOLICOS, etc
PRODUCCIÓN DE CO2
QUE PASA A
H2
CO3
GENERANDO
HIDROGENIONES
PRESENCIA DE
ACIDOS
ORGANICOS
DE BAJO PESO
MOLECULAR,
ACETICO,
CÍTRICO, etc
PRESENCIA DE
ACIDOS FUERTES
COMO EL
SULFURICO,
NITRICO, POR
ACTIVIDAD
MICROBIAL
FACTORES QUE
AFECTAN EL pH

69. pH DEL SUELO - ALUMINIO

70. CLIMA
MATERIAL
GENERADOR
PRODUCCION
DE CO2
ACTIVIDAD DE
MICROORGANISMOS-
ACTIVIDAD: RAICES
DE PLANTAS
PRODUCCION
DE H+
RAICES INTERCAMBIO
HUMIFICACION
Ac HUMICOS Ac FULVICOS
CAUSAS DE
LA ACIDEZ
FERTILIZANTES

71. HIDRÓLISIS DEL ALUMINIO
Ocurre con el aumento del pH
Al(H2O)6
+++ + H2O → Al(H2O)5OH++ + H3O+
Al(H2O)5OH++ + H2O → Al(H2O)4(OH)2
+ + H3O+
Al(H2O)4(OH)2
+ + H2O → Al(H2O)3(OH)3 + H3O+
precipitado

76. .
Daniel Velázquez

77. Daniel Velázquez

78. OXIDACION
REDUCCION

82. pH DE DISTINTOS ABONOS A DETERMINADAS CONCENTRACIONES EN AGUA DESTILADA
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0 3,0
gr/l
pH
SULFATO POTASICO
NITRATO CAL NORUEGA
F. MONO POTASICO
F. MONO AMONICO
N. AMONICO 33,5
NITRATO POTASICO

84. SUELO EL ALTO. Moderadamente profundo, pardo
amarillento c laro, textura gruesa sobre media, estrato
gravoso a 60-80cm de profundidad, reacción ligeramente
a moderadamente alcalina, drenaje moderado.
SUELO VENTARRONES. Profundo, textura gruesa, pardo
amarillento claro sobre gris claro, reacción ligeramente a
fuertemente alcalina, textura gruesa, PSI mayor de 15%,
drenaje excesivo.

85. VALLE COSTERO
LOMAS DE LACHAY
Guadalupe et al. 2002

87. Huascarán

90. Características nutricionales de algunos suelos
ácidos de Pucallpa
CE
dS/m
Análisis mecánico
(%)
pH
1:1
MO
%
Disponibles Saturación (%)
Arena Lim
o
Arcilla P
ppm
K20
kg/ha
Bases Acide
z (Al)
0.05 24 36 40 4.7 2.77 2.4 98 34.7 65.3
0.07 52 36 12 4.6 3.07 5.0 154 62.3 37.7
0.22 52 40 8 4.7 3.07 9.3 211 91.5 8.5
0.08 38 32 30 4.4 2.33 3.3 193 23.2 76.8
0.27 40 32 28 3.9 3.07 4.2 372 29.2 70.8
0.04 34 30 36 4.5 2.18 2.4 180 37.9 62.1
0.28 88 12 0 4.1 23.50 11.0 1030 90.8 9.2
En base a datos del Laboratorio de suelos -UNALM

91. AGUAYTIA
Áreas degradadas: 36,000 Has Aprox.

92. MOYOBAMBA
Áreas degradadas: 15,000 Has Aprox.

93. TOCACHE
Áreas degradadas: 18,000 Has Aprox.

94. TRES UNIDOS
Áreas degradadas: 1,000 Has Aprox.