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Unidad V: Propiedades físico - químicas del suelo

Unidad V: Propiedades físico - químicas del suelo. Concepto de pH Formas de acidez Rangos de pH en el suelo Especiación del Al y sus efectos Fuentes de acidez en el suelo Fuente de OH Capacidad tampón del suelo Encalado. pH. En el agua pura: H 2 O H + + OH -

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Unidad V: Propiedades físico - químicas del suelo

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  1. Unidad V: Propiedades físico - químicas del suelo • Concepto de pH • Formas de acidez • Rangos de pH en el suelo • Especiación del Al y sus efectos • Fuentes de acidez en el suelo • Fuente de OH • Capacidad tampón del suelo • Encalado

  2. pH En el agua pura: H2O H+ + OH- Cte de hidrólisis a 25oC, Kw =10-14=(H+) x (OH-) por lo tanto, (OH-)=(H+)=10-7 mol L-1 • A > 10-7 (H+), es un solución ácida • A < 10-7(H+), es un solución básica

  3. pH • Es el logaritmo negativo (en base 10) de la actividad de protones (H+)en la fase líquida del suelo: pH= -log 10 (H+) o 1/log 10(H+) actividad= concentración x coeficiente de actividad coeficiente actividad indica las interacciones carga-carga entre otros iones de la solución. En soluciones diluidas el coefic. de activ. tiende a 1, por lo tanto es lo mismo actividad que concentración.

  4. FORMAS DE ACIDEZ • Activa • Intercambiable • Residual • Total

  5. Acidez activao real(pH) • Expresa la actividad de H+ libres en la fase líquida del suelo • Se mide en una suspensión de suelo-agua (pHagua) • Se expresa en unidades de pH

  6. El pH está asociado con • Porcentaje de saturación en bases • Tipo de coloide • Tipo de base intercambiable • Presencia de sales neutras en solución

  7. Cationes formadores de bases Cationes formadores de bases Cationes formadores de bases

  8. PORCENTAJE DE SATURACIÓN EN BASES • Relación directa entre % de saturación en bases y pH en suelos con mineralogía y materia orgánica comparables.

  9. NATURALEZA DEL COLOIDE • Depende de la capacidad del coloide de disociar H+. • A igual % de saturación de bases, las arcillas 2:1 desarrollan un pH < que las arcillas 1:1 y éstas < que los óxidos de Fe y Al.

  10. TIPO DE BASE ADSORBIDA • A igual % de saturacion en bases, suelos con mayor porcentaje de Na+ intercambiable que con Ca2+ desarrollan mayor pH.

  11. SALES NEUTRAS EN SOLUCIÓN • Los cloruros y sulfatos de Na+, K+, Ca2+ y Mg2+ aumentan la concentración de H+ en solución del suelo y bajan el pH; tanto en suelos ácidos como alcalinos, pero a través de distintos mecanismos

  12. Acidez intercambiableo acidez extractable con una sal no tamponada • Acidez aportada por H+ y Al+3 intercambiable que ocupan las cargas negativas permanentes de las arcillas. • Se desplaza con una sal no tamponada (KCl o CaCl2 1M). • Se expresa en cmolc kg -1 K+ Micela Al3+ + 3 KCl Micela K+ + AlCl3 + HCl H+ K+

  13. Acidez residual • Acidez aportada por iones de hidroxi-Al, y por H+ y Al unidos en forma nointercambiable a la materia orgánica y arcillas. • Se puede calcular por diferencia entre la acidez total e intercambiable. • Se expresa en cmolc kg -1

  14. Acidez total • Incluye la acidez actual, intercambiable y residual. • Se determina titulando una muestra de suelo con una base fuerte llevando al suelo desde su pH inicial hasta un pH de referencia (7 o 8) y midiendo cuando se gasta de base. Micela Al + 2Ca(OH)2 Micela Ca2+ + Al(OH)3+ H2O H Ca2+ Al y H intercambiables + Al y H acomplejados por MO y arcilla +hidroxi-Al

  15. RANGOS DE pH EN EL SUELO • Muy fuertemente ácido, 3-4 • Fuertemente ácidos, 4-5 • Moderadamente ácido, 5-6 • Ligeramente ácido, 6-7 • Ligeramente alcalino, 7-8 • Moderadamente alcalino, 8-9 • Fuertemente alcalino, 9-10 • Muy fuertemente alcalino, 10-11 Límite inferior es pH 2-3(suelos con pirita o restos de minas de carbón) y el superior es pH 12(suelos con carbonato de sodio)

  16. ESPECIACIÓN DEL Al • Especies monoméricas de Al: [Al(H2O)6]3+, [Al(OH)(H2O)5]2+, [Al(OH)2(H2O)4]1+ • Especies poliméricasde Al: Al2(OH)2+4,Al6(OH)12+6 , Al9(OH)18+9 , Al10(OH)22+8 • Formas precipitadas: Al(OH)3

  17. [Al(H2O)6]3+ + H2O [Al(OH)(H2O)5]2+ + H3O+ (pH=5) [Al(OH)(H2O)5]2+ + H2O [Al(OH)2(H2O)4]1+ + H3O+ [Al(OH)2(H2O)4]1+ + H2O [Al(OH)3(H2O)3]0 + H3O+ [Al(OH)3(H2O)3]0 + H2O [Al(OH)4(H2O)2]1- + H3O+ (pH=6.2) Especies monoméricas de Al e Hidrólisis del Al

  18. Especies poliméricas DE Al • Son multicargadas • Forman complejos de superficie de esfera interna • Bloquean las cargas negativas y disminuye la CIC • Pueden adsorber aniones y liberar OH • Son fuente de carga variable

  19. POLIMEROS DE Al

  20. ALUMINIO SOLUBLE • Está en la solución del suelo, a pH < 5.5 • Es tóxico para las plantas • Algunas formas son: Al3+ predomina a pH< 4.7 Al(HO)2+ entre pH 4.7 y 6.5

  21. ALUMINIO INTERCAMBIABLE • Está como Al(H2O)63+ y predomina en pH <5 o 5.5 • Se ubica en las cargas permanentes de las arcillas, puede pasar a la solución del suelo e hidrolizarse formando compuestos de hidroxi-Al. [Al(H2O)6]3+ + H2O [ Al(OH)(H2O)5]2+ + H3O+

  22. ALUMINIO NO INTERCAMBIABLE • Monómeros y polímeros que están entre las capas de las arcillas expansibles • El Al que forma complejos muy estables con la materia orgánica

  23. FUENTES DE ACIDEZ • Al intercambiable y especies de hidroxi - Al • Materia orgánica Grupos carboxilos (C-OOH) y fenoles ( -OH). El grupo carboxilo comienza a liberar H+ a partir de pH 3 a 5 y el grupo fenol a partir de pH 7 a 11 La materia orgánica actúa en todo el rango de pH

  24. 10 III 9 8 II pH 7 6 (ác. húmico de turba) I A 5 B (ác. húmico del suelo) 4 3 0 .12 .20 .04 .08 .16 .24 Base, cmol Titulación de un suelo y una turba

  25. FUENTES DE ACIDEZ • Arcillas y óxidos de Fe yAl Los OH en los bordes de la lámina octaédrica (grupo aluminol) de las arcillas. Importante en caolinita, que cubre un rango de pH entre 3 y 5. Los OH de la superficie de los óxidos de Fe y Al que se disocian a pH altos (aprox. 7 a 9). Entre ambos coloides, cubren todo el rango de pH.

  26. FUENTES DE ACIDEZ • Respiración de raíces y microorganismos CO2 + H2O CO3H2 (ácido carbónico) CO3H2 CO3H- + H+ • Asimilación de iones por las plantas Si absorben más aniones que cationes liberan OH- o HCO3-. Si absorben más cationes que aniones liberan H+.

  27. FUENTE DE ACIDEZ • Reacciones de óxidación microbianas Nitrificación NH4+ + 1 ½ O2 Nitrosomonas 2H+ + NO2- + H2O + energía NO2- + ½ O2 Nitrobacter NO3- + energía • Aplicación de fertilizantes Ca (H2PO4)2 CaHPO4 + H3PO4

  28. FUENTE DE ACIDEZ • Lluvia ácida Su origen es: emisiones de centrales térmicas, plantas industriales y vehículos, emanaciones volcánicas, emisiones del suelo, quema de bosques o residuos Las fuentes atmosféricas son: óxidos de S, N y amoníaco.

  29. Luz solar O2 H2O SO2 SO3 H2SO42H+ + SO42- 2O2 2H2O 2N2O + O2 4NO 4NO2 2HNO3 + 2HNO2 SO2 SO2 + H2O H2SO3H+ + HSO3- HNO3H+ + NO3- NOx SO2 H+ SO42- H+ NO3- HSO3- H+ HSO3- H+ NOx H+ H+ HSO3- SO42- H+ SO2 SO42- H+ NO3- NO3- SO2 H+ H+ H+ NO3- H+ NO2 Formación de óxidos de S y N

  30. FUENTE DE IONES OH- • Las bases intercambiables Micela-Ca + 2H2O= micela-2H + Ca2+ + OH- • Los carbonatos y bicarbonatosde distintos cationes HCO3- + H2O = H2CO3 + OH-

  31. La acidez: • Reduce el crecimiento de las plantas • Ocasiona la disminución de ciertos nutrientes como Ca, Mg, K, P y N • Favorece la solubilización de elementos tóxicos para las plantas como Al y Mn pH 5.6-6.0, adecuado para la mayoría de los cultivos pH 6.1-6.5, máxima disponibilidad de nutrientes

  32. CAPACIDAD TAMPON DEL SUELO Expresa la resistencia del suelo a cambios bruscos de pH, frente al agregado de bases o ácidos Es importante porque: • Asegura la estabilidad del pH, y • Evita cambios rápidos que puedan afectar plantas y microorganismos

  33. CURVA DE NEUTRALIZACIÓN • Si a una suspensión de suelo alcalino se agregan cantidades sucesivas de ácido se registrarán disminuciones sucesivas de pH, obteniéndose una curva de neutralización. O viceversa. pH mL ácido agregado

  34. AGENTES AMORTIGUADORES DE LOS CAMBIOS DE pH • Compuestos de Al (pH 4-5.5) • Complejo de intercambio catiónico (pH 5.5-6.8) • Materia orgánica y minerales (pH 6.8 -7.2) • Carbonatos de calcio y magnesio (pH 7.2-8.5) CaCO3 + H2CO3 Ca(HCO3)2 Ca (HCO3)2 + 2 H2O Ca2+ + 2OH- + 2H2CO3 • Carbonatos de sodio (pH 8.5-10.5)

  35. GESTIÓN DE SUELOS ÁCIDOS • Utilizar especies tolerantes al Al • Aplicar enmiendas (encalado) para 1- Aumentar el pH por encima del umbral de toxicidad de Al y Mn 2- Aportar Ca 3- Movilizar nutrientes 4- Inmovilizar metales pesados tóxicos 5- Favorecer la actividad biológica

  36. ENCALADO • Hidrólisis 2Al3+ + 6H2O 2Al(OH)3 + 6H+ • Neutralización 6H+ + 3CaCO3 3Ca2+ + 3CO2 + 3H2O • Intercambio catiónico 3Ca2+ + 2Al X3 3CaX2 + 2Al3+ X: micela Ecuación general 3CaCO3 + 2AlX3 + 3H2O 3CaX2+ 2Al(OH)3 + 3CO2 Para corregir la acidez considerar la acidez total o porcentaje saturación de Al

  37. El nivel de acidificación aumenta por varios factores: • Extracción de nutrientes en sistemas intensivos de cultivo • Efecto residual de fertilizantes basados en amonio • Desforestación • Pérdida de la capa arable por erosión • Prácticas de manejo

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