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FISICO-QUIMICA DEL
SUELO
Elementos químicos en el suelo.
Los elementos químicos del suelo pueden estar contenidos
en:
• La fase sólida
Formando parte de la estructura de los minerales o incluidos
en compuestos orgánicos.
• La fase líquida
Contenidos en el agua del suelo. Por lo general, las moléculas
están total o parcialmente disociadas en iones:
los de carga positiva se llaman cationes y los de carga negativa
se llaman aniones. (ej. Nitrato de sodio).
El agua del suelo, junto con los nutrientes disueltos, recibe el
nombre de solución del suelo.
CONCEPTOS:
Solución del suelo= Agua del suelo junto los nutrientes disueltos en
ella.
Ión= Átomo o grupo de átomos que ha ganado o perdido electrones.
Catión= Ión de carga positiva.
Anión= Ión de carga negativa.
Disociación=
Los compuestos químicos de la solución del suelo se disocian en
cationes y aniones.
Por ejemplo, el nitrato de sodio se disocia en el anión nitrato y catión
sodio.
COLOIDE DEL SUELO:
Una suspensión o dispersión coloidal es un sistema físico
que está compuesto de un material en forma líquida o
gaseosa, en el cual hay inmersas partículas, por lo general
sólidas, de pequeño tamaño, en principio, del orden de las
micras.
•Tamaño < a 2 micrones
•Carga (habitualmente negativa en el suelo)
Clasificación del coloide del suelo
Por su origen
ORGÁNICO: materia orgánica
INORGÁNICO: arcillas y óxidos de hierro y aluminio
Por su afinidad al agua
HIDROFÍLICOS: materia orgánica y arcillas silicatadas
HIDROFÓBICOS: óxidos de hierro y aluminio
Concepto actual de coloide
Propiedades eléctricas: Las
partículas tienen una carga
eléctrica
Área superficial: presentan gran
superficie específica expuesta
(externa e interna), desde 10m
2/g hasta 800m 2/g
Al aumentar la superficie
específica: · Aumentan los
fenómenos de adsorción -
desorción · Aumenta la
capacidad de retención hídrica.
Adsorción de iones: Las
partículas, al tener alta
superficie y carga eléctrica,
generan intercambio iónico y
adsorción de agua
Definiciones de interés:
• Intercambiador: partículas de suelo
menores de 2 μm (coloides), arcillas,
óxidos, compuestos húmicos y
complejos húmicos - arcillosos.
• Iones Intercambiables: son aquellos
cationes y aniones que se adsorben y
desorben sin limitaciones: Ca++, Mg++,
K+, Na+ y Cl , SO4 (aniones)
• Iones no Intercambiables: se presentan retenidos
enérgicamente (fijación), o forman parte de
compuestos minerales u orgánicos, como quelatos,
redes cristalinas de minerales, uniones específicas con
grupos complejos.
•Iones solubles son los que se encuentran en la
solución suelo
•Complejo arcilloso-húmico (complejo coloidal).
Son pequeñas partículas de humus y arcilla que están
en suspensión en la solución del suelo, que por acción
del calcio se coagulan formando una masa gelatinosa,
formando así el C. A-H., que determina la fertilidad del
suelo.
Tiene carga negativa
Elemento: peso atómico valencia
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
Existen en el complejo adsorbente dos grandes categorías
de iones retenidos.
Los generadores de acidez : el H+ y el Al3+.
Los llamados básicos: Ca2+,Mg2+, K+ y Na+.
(Cuando todo el medio esta saturado por estos iones, el medio es neutro o
incluso ligeramente alcalino).
Capacidad de intercambio de cationes, CIC
Dentro del cambio iónico el más importante y
mejor conocido es la capacidad de intercambio
catiónico (CIC)
En el suelo son varios los materiales que
pueden cambiar cationes, los principales son
las arcillas y la materia orgánica (los dos
materiales presentan propiedades coloidales).
En las arcillas, además de en su superficie, los
iones pueden entrar entre las láminas.
Las causas de la capacidad de cambio de la materia
orgánica son:
• Disociación de los OH.
• Disociación de los COOH.
Capacidad de intercambio catiónico ( C.I.C.)
Es la suma total de los cationes adsorbidos por el complejo
adsorbente que pueden ser intercambiados por otros cationes
de la solución del suelo.
Se expresa en meq / 100 g de suelo
El intercambio de iones tiene la característica de ser:
REVERSIBLE, INSTANTANEO Y ESTEQUIOMETRICO
Importancia de la Capacidad de intercambio
•Controla la disponibilidad de nutrientes para las plantas:
K+,Mg++, Ca++
•Interviene en los procesos de floculación -dispersión de arcilla y
por consiguiente en el desarrollo de la estructura y estabilidad de
los agregados.
•Determina el papel del suelo como depurador natural al permitir la
retención de elementos contaminantes incorporados al suelo.
Conocer la Capacidad de Intercambio
Catiónico (CIC) de un suelo es
fundamental, pues este valor nos indica
el potencial de un suelo para retener e
intercambiar nutrientes. Además la CIC
afecta directamente la cantidad y
frecuencia de aplicación de fertilizantes.
Cuando la concentración en el suelo de un determinado
catión disminuye por lavado o por absorción de las raíces,
parte de los cationes retenidos en el complejo de cambio
pueden desplazarse hacia la solución del suelo para
restaurar el equilibrio.
Del mismo modo, los cationes dominantes en la solución
del suelo pueden competir con el resto por los lugares de
unión a la arcilla.
En los suelos ricos en Ca2+, este catión puede saturar el
complejo de cambio, lo que produce pérdidas por lavado
de otros cationes
La adsorción de cationes depende de la atracción electrostática entre las cargas
residuales negativas de los complejos húmicos-arcillosos de los suelos y los
cationes.
Los cationes son “retenidos” por los complejos y
permanecen en “equilibrio” con los iones de la “solución
del suelo”.
Este equilibrio depende de:
1. La concentración en la solución y la actividad relativa de cada ión.
2. La característica de cada catión: valencia y grado de hidratación.
3. Grado de afinidad entre el intercambiador y el catión.
1. La concentración de la solución:
es la más importante; al aumentar la actividad del catión en la
solución, aumenta el desplazamiento de cationes hacia el complejo de
cambio (acción de masas).
HAY UN ORDEN DE RETENCION Y DE PODER DESPLAZANTE
ENTRE LOS CATIONES:
Fe> Al >Ca >Mg >K =NH4 = H > Na
mayor poder desplazante, + retenidos
Fe+++= hierro Mg++=magnesio NH4+= amonio
Al +++=aluminio K+=potasio Na+=sodio
Ca++=calcio H+=hidrogeno
2. La característica del catión:
• valencia del catión, los cationes polivalentes son adsorbidos en más
cantidad y fuerza que los monovalentes.
• el grado de hidratación, los cationes mas hidratados son menos
adsorbidos al complejo.
Mecanismos del intercambio
El intercambio se produce en cantidades químicamente
equivalentes.
Miliequivalente = peso equivalente / 1000
(donde el peso equivalente es el peso atómico de un
elemento químico dividido su valencia)
Para el potasio: 39,0983 g / 1000, así que meq = 0,0390983 g.
La CIC dependerá de:
• Tipo de coloide: arcillas y humus
• Porcentaje de cada uno de ellos presentes en el suelo
• pH del suelo por su efecto en generar cargas negativas
En cuanto a los factores que hacen que un suelo tenga una
determinada capacidad de cambio de cationes son varios.
• Tamaño de las partículas. Cuanto más pequeña sea la partícula,
mas grande será la capacidad de cambio.
• Naturaleza de las partículas. La composición y estructura de las
partículas influirá en las posibilidades de cambio de sus cationes.
La naturaleza del cambiador confiere mayor o menor capacidad de cambio
Valores de Hissink
Son variables que miden distintos aspectos del complejo de
intercambio:
• Capacidad de Intercambio de Cationes, CIC:
Cantidad total de cationes del complejo. También llamada valor T
de Hissink.
•Bases de cambio: es la cantidad de bases, Ca, Mg, Na, K, en el
complejo. También llamada valor S de Hissink.
•Saturación de Bases, % S.B : es la proporción de Ca + Mg + K +
Na, del total de iones del complejo, CIC. También llamada valor V
de Hissink.
T = S + H
V % = (S/T) . 100
Capacidad de Intercambio Catiónico CIC (Valor T, me/100g)
Término Descriptivo Valor T me/100g
Muy poco provisto < 5
Poco provisto 5 – 9,9
Medianamente
provisto
10 – 19,9
Altamente provisto 20 – 30
Muy altamente
provisto
> 30
INTERCAMBIO ANIONICO (CIA)
significativamente << CIC
Para suelos normales: 0.2 –2 meq/100g
suelo hasta 10 – 15 meq/100 g de suelo
ANIONES INTERCAMBIABLES: la afinidad y fuerza de unión
depende como en los cationes del orden de valencia e
hidratación, según la siguiente serie:
PO4
3- > SO4
2- > NO3 - > Cl –
El proceso que caracteriza la CIA es el desarrollo de cargas
positivas: se incrementan cuando aumenta la acidez por lo que la CIA
es un fenómeno pH-dependiente,
Por otro lado los aniones en el suelo, tienen un
comportamiento muy distinto a los cationes.
El fosfato es retenido fuertemente debido a la
formación rápida de compuestos insolubles.
El sulfato es retenido débilmente.
El nitrato y el cloruro no son retenidos en el suelo y
se mueven libremente con el agua del suelo.
Depende de la concentración de iones hidrogeno en la
solución del suelo.
La reacción del suelo se expresa como pH, que es el
logaritmo cambiado de signo, de la concentración de
protones en una disolución determinada.
pH = - log [ H + ]
0 7 14
+ ACIDEZ + ALCALINIDAD
NEUTRO
pH del SUELO
> 10 Fuertemente alcalino
9,1 – 10 Alcalino
8,5 – 9 Ligeramente alcalino
7,9 – 8,4 Básico
7,4 – 7,8 Medianamente básico
6,6 – 7,3 Neutro
6,1 – 6,5 Ligeramente ácido
5,6 – 6 Medianamente ácido
4,5 – 5,5 Fuertemente ácido
< 4,5 Extremadamente ácido
Clasificación de los suelos
según el valor del pH
(U.S.D.A.)
• El valor de pH varía entre 0 y 14
• En la mayoría de los suelos el
valor de pH esta entre 4.5 y 10
Fuentes de acidez o alcalinidad en los suelos:
Material parental o material madre (rocas acidas o básicas)
-Contaminación, fertilización
-Precipitaciones: los suelos formados bajo condiciones de alta precipitación
son más ácidos que aquellos formados bajo condiciones áridas(lavado de
bases)
-Formación de ácidos inorgánicos
-Transporte de sales básicas por aguas de drenaje.
- Respiración radicular
- Descomposición y tipo de la materia orgánica (se liberan ácidos
orgánicos)
-Cultivos que consumen bases.
La acidificación de los suelos es un mecanismo normal que se produce por lavado de cationes y/o
toma de nutrientes de los vegetales.
Es un fenómeno natural que los suelos reemplacen con el tiempo las bases, cationes Ca, Mg, Na,
K, de los complejos de intercambio por H+.
CONDICIONES EN EL SUELO SEGUN pH
pH < 5…………...pocas bases, muchos H
Menor actividad de bacterias. Poco P disponible
pH 6.5- 7………..Buena proporción de bases y disponibilidad
de nutrientes. Buena actividad biológica(bacterias)
pH 7.5-8………...Bien provistos de Ca y Mg
Poco P disponible
pH 8.5 o mas…..alcalinos o sódicos
Proporción de iones intercambiables de
acuerdo al pH del suelo.
VALORES de pH en suelos agricolas de la region pampeana
DISPONIBILIDAD DE LOS NUTRIENTES EN RELACION AL pH
Es un fenómeno natural que los suelos reemplacen con el tiempo las bases,
cationes Ca, Mg, Na, K, de los complejos de intercambio por H+.
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  • 2. Elementos químicos en el suelo. Los elementos químicos del suelo pueden estar contenidos en: • La fase sólida Formando parte de la estructura de los minerales o incluidos en compuestos orgánicos. • La fase líquida Contenidos en el agua del suelo. Por lo general, las moléculas están total o parcialmente disociadas en iones: los de carga positiva se llaman cationes y los de carga negativa se llaman aniones. (ej. Nitrato de sodio). El agua del suelo, junto con los nutrientes disueltos, recibe el nombre de solución del suelo.
  • 3. CONCEPTOS: Solución del suelo= Agua del suelo junto los nutrientes disueltos en ella. Ión= Átomo o grupo de átomos que ha ganado o perdido electrones. Catión= Ión de carga positiva. Anión= Ión de carga negativa. Disociación= Los compuestos químicos de la solución del suelo se disocian en cationes y aniones. Por ejemplo, el nitrato de sodio se disocia en el anión nitrato y catión sodio.
  • 4. COLOIDE DEL SUELO: Una suspensión o dispersión coloidal es un sistema físico que está compuesto de un material en forma líquida o gaseosa, en el cual hay inmersas partículas, por lo general sólidas, de pequeño tamaño, en principio, del orden de las micras. •Tamaño < a 2 micrones •Carga (habitualmente negativa en el suelo) Clasificación del coloide del suelo Por su origen ORGÁNICO: materia orgánica INORGÁNICO: arcillas y óxidos de hierro y aluminio Por su afinidad al agua HIDROFÍLICOS: materia orgánica y arcillas silicatadas HIDROFÓBICOS: óxidos de hierro y aluminio
  • 5. Concepto actual de coloide Propiedades eléctricas: Las partículas tienen una carga eléctrica Área superficial: presentan gran superficie específica expuesta (externa e interna), desde 10m 2/g hasta 800m 2/g Al aumentar la superficie específica: · Aumentan los fenómenos de adsorción - desorción · Aumenta la capacidad de retención hídrica. Adsorción de iones: Las partículas, al tener alta superficie y carga eléctrica, generan intercambio iónico y adsorción de agua
  • 6. Definiciones de interés: • Intercambiador: partículas de suelo menores de 2 μm (coloides), arcillas, óxidos, compuestos húmicos y complejos húmicos - arcillosos. • Iones Intercambiables: son aquellos cationes y aniones que se adsorben y desorben sin limitaciones: Ca++, Mg++, K+, Na+ y Cl , SO4 (aniones)
  • 7. • Iones no Intercambiables: se presentan retenidos enérgicamente (fijación), o forman parte de compuestos minerales u orgánicos, como quelatos, redes cristalinas de minerales, uniones específicas con grupos complejos. •Iones solubles son los que se encuentran en la solución suelo •Complejo arcilloso-húmico (complejo coloidal). Son pequeñas partículas de humus y arcilla que están en suspensión en la solución del suelo, que por acción del calcio se coagulan formando una masa gelatinosa, formando así el C. A-H., que determina la fertilidad del suelo. Tiene carga negativa
  • 8.
  • 9.
  • 10. Elemento: peso atómico valencia 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 Existen en el complejo adsorbente dos grandes categorías de iones retenidos. Los generadores de acidez : el H+ y el Al3+. Los llamados básicos: Ca2+,Mg2+, K+ y Na+. (Cuando todo el medio esta saturado por estos iones, el medio es neutro o incluso ligeramente alcalino).
  • 11. Capacidad de intercambio de cationes, CIC Dentro del cambio iónico el más importante y mejor conocido es la capacidad de intercambio catiónico (CIC) En el suelo son varios los materiales que pueden cambiar cationes, los principales son las arcillas y la materia orgánica (los dos materiales presentan propiedades coloidales). En las arcillas, además de en su superficie, los iones pueden entrar entre las láminas.
  • 12. Las causas de la capacidad de cambio de la materia orgánica son: • Disociación de los OH. • Disociación de los COOH.
  • 13. Capacidad de intercambio catiónico ( C.I.C.) Es la suma total de los cationes adsorbidos por el complejo adsorbente que pueden ser intercambiados por otros cationes de la solución del suelo. Se expresa en meq / 100 g de suelo El intercambio de iones tiene la característica de ser: REVERSIBLE, INSTANTANEO Y ESTEQUIOMETRICO
  • 14.
  • 15.
  • 16. Importancia de la Capacidad de intercambio •Controla la disponibilidad de nutrientes para las plantas: K+,Mg++, Ca++ •Interviene en los procesos de floculación -dispersión de arcilla y por consiguiente en el desarrollo de la estructura y estabilidad de los agregados. •Determina el papel del suelo como depurador natural al permitir la retención de elementos contaminantes incorporados al suelo. Conocer la Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) de un suelo es fundamental, pues este valor nos indica el potencial de un suelo para retener e intercambiar nutrientes. Además la CIC afecta directamente la cantidad y frecuencia de aplicación de fertilizantes.
  • 17. Cuando la concentración en el suelo de un determinado catión disminuye por lavado o por absorción de las raíces, parte de los cationes retenidos en el complejo de cambio pueden desplazarse hacia la solución del suelo para restaurar el equilibrio. Del mismo modo, los cationes dominantes en la solución del suelo pueden competir con el resto por los lugares de unión a la arcilla. En los suelos ricos en Ca2+, este catión puede saturar el complejo de cambio, lo que produce pérdidas por lavado de otros cationes
  • 18. La adsorción de cationes depende de la atracción electrostática entre las cargas residuales negativas de los complejos húmicos-arcillosos de los suelos y los cationes. Los cationes son “retenidos” por los complejos y permanecen en “equilibrio” con los iones de la “solución del suelo”. Este equilibrio depende de: 1. La concentración en la solución y la actividad relativa de cada ión. 2. La característica de cada catión: valencia y grado de hidratación. 3. Grado de afinidad entre el intercambiador y el catión. 1. La concentración de la solución: es la más importante; al aumentar la actividad del catión en la solución, aumenta el desplazamiento de cationes hacia el complejo de cambio (acción de masas).
  • 19. HAY UN ORDEN DE RETENCION Y DE PODER DESPLAZANTE ENTRE LOS CATIONES: Fe> Al >Ca >Mg >K =NH4 = H > Na mayor poder desplazante, + retenidos Fe+++= hierro Mg++=magnesio NH4+= amonio Al +++=aluminio K+=potasio Na+=sodio Ca++=calcio H+=hidrogeno 2. La característica del catión: • valencia del catión, los cationes polivalentes son adsorbidos en más cantidad y fuerza que los monovalentes. • el grado de hidratación, los cationes mas hidratados son menos adsorbidos al complejo.
  • 20. Mecanismos del intercambio El intercambio se produce en cantidades químicamente equivalentes. Miliequivalente = peso equivalente / 1000 (donde el peso equivalente es el peso atómico de un elemento químico dividido su valencia) Para el potasio: 39,0983 g / 1000, así que meq = 0,0390983 g. La CIC dependerá de: • Tipo de coloide: arcillas y humus • Porcentaje de cada uno de ellos presentes en el suelo • pH del suelo por su efecto en generar cargas negativas
  • 21. En cuanto a los factores que hacen que un suelo tenga una determinada capacidad de cambio de cationes son varios. • Tamaño de las partículas. Cuanto más pequeña sea la partícula, mas grande será la capacidad de cambio. • Naturaleza de las partículas. La composición y estructura de las partículas influirá en las posibilidades de cambio de sus cationes. La naturaleza del cambiador confiere mayor o menor capacidad de cambio
  • 22. Valores de Hissink Son variables que miden distintos aspectos del complejo de intercambio: • Capacidad de Intercambio de Cationes, CIC: Cantidad total de cationes del complejo. También llamada valor T de Hissink. •Bases de cambio: es la cantidad de bases, Ca, Mg, Na, K, en el complejo. También llamada valor S de Hissink. •Saturación de Bases, % S.B : es la proporción de Ca + Mg + K + Na, del total de iones del complejo, CIC. También llamada valor V de Hissink. T = S + H V % = (S/T) . 100
  • 23. Capacidad de Intercambio Catiónico CIC (Valor T, me/100g) Término Descriptivo Valor T me/100g Muy poco provisto < 5 Poco provisto 5 – 9,9 Medianamente provisto 10 – 19,9 Altamente provisto 20 – 30 Muy altamente provisto > 30
  • 24. INTERCAMBIO ANIONICO (CIA) significativamente << CIC Para suelos normales: 0.2 –2 meq/100g suelo hasta 10 – 15 meq/100 g de suelo ANIONES INTERCAMBIABLES: la afinidad y fuerza de unión depende como en los cationes del orden de valencia e hidratación, según la siguiente serie: PO4 3- > SO4 2- > NO3 - > Cl – El proceso que caracteriza la CIA es el desarrollo de cargas positivas: se incrementan cuando aumenta la acidez por lo que la CIA es un fenómeno pH-dependiente,
  • 25. Por otro lado los aniones en el suelo, tienen un comportamiento muy distinto a los cationes. El fosfato es retenido fuertemente debido a la formación rápida de compuestos insolubles. El sulfato es retenido débilmente. El nitrato y el cloruro no son retenidos en el suelo y se mueven libremente con el agua del suelo.
  • 26. Depende de la concentración de iones hidrogeno en la solución del suelo. La reacción del suelo se expresa como pH, que es el logaritmo cambiado de signo, de la concentración de protones en una disolución determinada. pH = - log [ H + ] 0 7 14 + ACIDEZ + ALCALINIDAD NEUTRO pH del SUELO
  • 27. > 10 Fuertemente alcalino 9,1 – 10 Alcalino 8,5 – 9 Ligeramente alcalino 7,9 – 8,4 Básico 7,4 – 7,8 Medianamente básico 6,6 – 7,3 Neutro 6,1 – 6,5 Ligeramente ácido 5,6 – 6 Medianamente ácido 4,5 – 5,5 Fuertemente ácido < 4,5 Extremadamente ácido Clasificación de los suelos según el valor del pH (U.S.D.A.) • El valor de pH varía entre 0 y 14 • En la mayoría de los suelos el valor de pH esta entre 4.5 y 10
  • 28. Fuentes de acidez o alcalinidad en los suelos: Material parental o material madre (rocas acidas o básicas) -Contaminación, fertilización -Precipitaciones: los suelos formados bajo condiciones de alta precipitación son más ácidos que aquellos formados bajo condiciones áridas(lavado de bases) -Formación de ácidos inorgánicos -Transporte de sales básicas por aguas de drenaje. - Respiración radicular - Descomposición y tipo de la materia orgánica (se liberan ácidos orgánicos) -Cultivos que consumen bases. La acidificación de los suelos es un mecanismo normal que se produce por lavado de cationes y/o toma de nutrientes de los vegetales. Es un fenómeno natural que los suelos reemplacen con el tiempo las bases, cationes Ca, Mg, Na, K, de los complejos de intercambio por H+.
  • 29. CONDICIONES EN EL SUELO SEGUN pH pH < 5…………...pocas bases, muchos H Menor actividad de bacterias. Poco P disponible pH 6.5- 7………..Buena proporción de bases y disponibilidad de nutrientes. Buena actividad biológica(bacterias) pH 7.5-8………...Bien provistos de Ca y Mg Poco P disponible pH 8.5 o mas…..alcalinos o sódicos
  • 30. Proporción de iones intercambiables de acuerdo al pH del suelo.
  • 31.
  • 32. VALORES de pH en suelos agricolas de la region pampeana
  • 33. DISPONIBILIDAD DE LOS NUTRIENTES EN RELACION AL pH Es un fenómeno natural que los suelos reemplacen con el tiempo las bases, cationes Ca, Mg, Na, K, de los complejos de intercambio por H+.