Baixe Origem das cargas elétricas e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Agronômica, somente na Docsity!
ORIGEM DAS CARGAS ELÉTRICAS
A troca iônica corresponde às reações de intercâmbio de íons entre a solução do solo e a fase sólida (mineral e orgânica), tanto de cátions como de ânions.
Devido à presença de cargas negativas ou positivas nas superfícies das partículas sólidas do solo (especialmente da fração argila), existe a possibilidade de serem adsorvidos a estas superfícies cátions ou ânions.
Tendo em vista que estes cátions ou ânions podem ser “trocados” por cátions ou ânions que estão na solução do solo, denomina-se este processo de troca iônica.
As cargas negativas que retém os cátions (íons com cargas positivas) trocáveis podem ser originadas nas partículas do solo de duas maneiras principais: cargas permanentes e cargas dependentes de pH.
As cargas negativas permanentes existem nas estruturas dos minerais e são originadas da substituição isomórfica nos tetraedros e octaedros dos argilominerais do solo, ou seja, na formação do mineral os tetraedros ou octaedros foram preenchidos por cátions com raio iônico semelhante, porém com menor carga, o que origina um excesso de cargas negativas dos oxigênios (por exemplo Al+++^ no lugar de Si ++++^ no tetraedro). Estas cargas são chamadas permanentes, pois são estruturais, e não serão afetadas pelo pH do solo.
As cargas negativas dependentes de pH variam conforme o pH do solo.
Quando o pH aumenta, também aumenta a quantidade de cargas negativas dependentes de pH no solo. As cargas negativas dependentes de pH são formadas basicamente pela dissociação de H +^ das superfícies laterais dos argilominerais 1:1, dos óxihidróxidos (OH), e de compostos orgânicos como os carboxílicos (R-COOH), quando o pH do solo tende a se elevar. Uma redução do pH reverterá o processo. Assim, as cargas elétricas dependentes de pH, podem ser positivas ou negativas, dependendo do valor do pH do solo, e, portanto podem apresentar-se como trocadores de cátions ou anions. São originadas pela adsorção ou dissociação de íons H +^ de grupos funcionais da matéria orgânica, da bordas dos argilominerais e dos óxidos de ferro e alumínio, que são abundantes nos solos tropicais.
O principal grupo funcional de superfície da matéria orgânica é o carboxil (-COOH), enquanto o grupo funcional de superfície inorgânica de maior abundância e quantidade é o grupo hidroxil (-OH), exposto nas superfícies externas dos argilominerais e nos óxidos, hidróxidos e oxihidroxidos de ferro e alumínio.
Com a elevação do pH do solo ocorre a dissociação dos íons H +^ da superfície e, assim, a liberação de cargas negativas para a troca de cátions. Por outro lado, com a acidificação do meio ou abaixamento do pH, a superfície do óxido adsorve íons de H+^ e passa a apresentar carga positiva, e, portanto, troca de ânions. As cargas dependentes de pH, tanto positivas como negativas, e ambas podem ocorrer ao mesmo tempo nos solos.
A energia de ligação dos íons (H +^ ) com os grupos funcionais dos argilominerais e dos óxidos é muito maior que a energia de ligação dos mesmos íons com os grupos funcionais da matéria orgânica. Assim, a matéria orgânica dissocia seus íons (H +) mais facilmente, criando cargas negativas em pH relativamente baixo (pH ~ 3,5). Essa propriedade, aliada a maior área de superficial específica, faz com que a matéria orgânica seja a principal fonte de cargas elétricas negativas nos solos da região tropical e subtropical, onde predominam minerais de argila do tipo 1:1, como a caulinita e dos óxidos de ferro e alumínio.
PONTO DE CAGA ZERO (PCZ)
O valor delta (∆) pH permite uma estimativa da predominância de cargas negativas (CTC) ou positivas (CTA) no solo. O Ponto de Carga Zero (PCZ) corresponde ao pH do solo no qual a quantidade de cargas negativas (CTC) e positivas (CTA) é equivalente.
∆pH = (pH em KCl) - (pH em água)
Se ∆pH <> 0 indica que predominam cargas positivas no solo (mas também há cargas negativas).
Conforme a composição mineralógica, este pode apresentar, simultaneamente, cargas elétricas positivas e negativas. Existe um determinado valor de pH do solo em que a quantidade de cargas elétricas positivas é igual à quantidade de cargas negativas. Esse valor, é denominado de Ponto de Carga Zero (PCZ). Quando o pH do solo estiver abaixo do PCZ, há predomínio de cargas elétricas positivas e, quando o pH do solo estiver acima do PCZ, predominam cargas negativas nas superfícies das partículas do solo. Os minerais apresentam valores de PCZ bastante variados. Os óxidos apresentam altos valores de PCZ, enquanto que mineral de sílica e a matéria orgânica do solo apresentam valores baixos. Assim, a carga elétrica liquida do solo depende de sua composição, isto é, das proporções em que ocorrem seus diversos constituintes.
Em geral, os horizontes superficiais dos solos apresentam um PCZ baixo, devido a presença da Matéria Orgânica, o que indica um predomínio de cargas negativas numa faixa ampla de pH, favorecendo a adsorção de cátions.
Ponto de Carga Zero alguns minerais:
Minerais PCZ
Quartzo 2,5 – 3,
Montmorilonita 2,
Caulinita 4,
Magnetita 6,
Hematita 9,
Geothita 7,8 - 8,
ATENÇÃO: não confunda atividade da argila (CTC argila) com conteúdo de argila (% argila) do solo – são duas definições bem diferentes.
CTC (argila) = Atividade da argila ( cmolc/kg) = CTC potencial x 100 / argila
onde CTC por está em cmol (^) c/kg de solo; argila está em dag/kg (ou %);e CTC (argila) <>c/kg de argila.
Se CTC (argila) maior ou igual a 27 cmol (^) c/kg de argila, do solo terá argila de alta atividade (Ta), indicando que predominam minerais com alta CTC (argilominerais 2:1). Se CTC (argila) <>c/kg de argila, o solo terá argila de baixa atividade (Tb), indicando que predominam minerais com baixa CTC (caulinita, óxidos).
A saturação do alumínio (m) corresponde à porcentagem da CTC efetiva que é ocupada pelo cátion Al +3. ATENÇÃO: Saturação do Al e Al trocável não são sinônimos.
Saturação do Al (%) = m = Al x 100 / CTC Efetiva
onde Al e CTC Efetiva estão em cmolc/kg
Se Al for maior ou igual a 4 cmol (^) c/kg, e saturação do Al maior ou igual a 50% e/ ou V <>c/kg, e a saturação do Al for maior ou igual a 50%, o solo terá caráter álico.
A saturação do sódio corresponde à porcentagem CTC potencial que é ocupada pelo cátion Na+^.
Saturação Na = Saturação de Sódio (%) = Na x 100 / CTC Potencial.
onde Na e CTC estão em cmol (^) c/kg.
Se saturação de Na maior ou igual a 15%, o solo é sódico. Se a saturação Na for ou igual a 6% e menor que 15% o solo é solódico.
A adsorção aniônica não específica funciona de modo semelhante à adsorção de cátions (CTC). A capacidade de troca de ânions (CTA) será tanto maior quanto mais cargas positivas existirem na superfície das partículas sólidas do solo (principalmente da fração argila). Na adsorção aniônica não específica os anions são adsorvidos às superfícies das partículas sólidas principalmente através de forças eletrostáticas. As cargas positivas são formadas em baixo pH pela incorporação de um próton (H +^ ) à estrutura dos oxihidroxidos e compostos orgânicos (R-COOH). Nestas cargas negativas podem ficar adsorvidos ânions como o Cl-^ , NO 3 -^ , SO 4 =^.
Na adsorção aniônica específica os elementos químicos passam a ter ligações predominantemente covalentes com a superfície sólida, não sendo trocáveis. A adsorção aniônica especifica é muito comum com os anions PO 4 -3^ , MoO 4 =^ , SiO 4 -4.
REAÇÃO DO SOLO
A reação do solo corresponde às reações que originam íons H +^ e OH -^ , bem como suas proporções na solução do solo.
A escala do pH mede a atividade dos íons H +^ na solução do solo.
pH = Potencial de Hidrogênio = - log [H +] = log 1 / [H +^ ].
onde [H +^ ] é a atividade do íon hidrogênio na solução.
Como a escala do pH é negativa, quanto maior o pH, menor a atividade do H+^ na solução do solo. Como a escala do pH é logarítmica, no pH 4,0 a atividade do hidrogênio é 10 vezes maior do que no pH 5,0 e 100 vezes maior do que no pH 6,0. a escala do pH vai até 14. O pH abaixo de 7,0 é considerado ácido (predomina o H+^ na solução do solo) o pH acima de 7,0 é considerado básico (predomina o OH-^ na solução do solo), e o pH 7,0 é considerado neutro.
A maioria do solos brasileiros, em condições tropicais e subtropicais úmidas, são ácidos (pH <>+2, Mg+2, K +^ , Na+), e a concentração dos cátions ácidos (H+^ e Al+3).
As conseqüências da acidez são: aumento do Al e Mn disponíveis; redução da disponibilidade do P; redução da saturação de bases (V); e redução da decomposição da matéria orgânica e da atividade microbiana do solo.
Existem dois tipos de acidez:
a) Acidez Ativa : corresponde ao H+^ presente na solução do solo (determinado pela leitura do pH do solo). É a menor fração da acidez do solo.
b) Acidez Potencial : corresponde ao H+^ não trocável (que pode ser liberado à solução do solo se o pH tender a aumentar), e o Al +++^ trocável (que pode se hidrolisar na solução do solo acidificando o solo).
As fontes de acidez no solo são: ácido carbônico, fertilizantes acidificantes (especialmente aqueles com nitrogênio na forma amoniacal), mineralização dos compostos orgânicos (pela liberação pelo amônio e formação de ácidos orgânicos), adsorção de cátions pelas raízes das plantas, formação de cargas pH dependentes, e hidrólise do Al+3.
Em conceito muito utilizado é o poder tampão, que corresponde à propriedade de um solo em resistir à mudanças de pH, representado principalmente pela acidez potencial do solo.
QUÍMICA DO SOLO - TRABALHO DE MACRO E MICRONUTRIENTES
INTRODUÇÃO:
do potássio total do solo existe nesses minerais. Uma razoável quantidade de potássio, 1 a 10%, encontra-se na forma dificilmente trocável nos colóides do solo.
O Cálcio (Ca ++^ ) é um componente da parede celular vegetal, sendo necessário à manutenção da estrutura, à ativação da amilase e à vitalidade das zonas meristemáticas, sendo um nutriente imóvel. Em excesso, altera o ritmo da divisão celular. A carência de cálcio origina malformações nas folhas jovens, curvamento dos ápices, clorose marginal que progride para necrose, redução do crescimento radicular, e mudança da coloração das raízes para castanho. Inicialmente, os sintomas acentuam-se nas zonas mais jovens das plantas.
Formas no Solo: o Ca++^ do solo, excluindo a adição através de calagem e adubação, provém das rochas e minerais de que o solo foi formado. Ele é encontrado em grande número de minerais, após cuja desintegração e decomposição é libertado.
Os íons de Ca ++^ na solução do solo podem:
a) ser perdidos na água de percolação;
b) ser absorvidos pelas plantas e microorganismos;
c) ser adsorvidos ao redor das partículas que constituem o complexo coloidal do solo, como no caso do K+^ ou torna-se insolúveis, como um composto secundário de Ca++.
O Magnésio (Mg) é um constituinte da clorofila e das proteínas, bem como de cofatores enzimáticos, sendo essencial ao funcionamento dos ribossomos. É um nutriente móvel que, em excesso, provoca interferências na absorção de cálcio e potássio. A carência de magnésio provoca cloroses intervenais, necrose foliar, encurtamento de entrenós, redução do crescimento vegetal, inibição da floração, morte prematura das folhas e degeneração dos frutos. Inicialmente, os sintomas acentuam-se nas zonas mais velhas das plantas.
Formas no Solo: o Mg aparece no solo em muito menor quantidade do que o Ca++^ e, como este ocorre como íon adsorvido, ou seja, retido no complexo coloidal do solo, na forma de Mg trocável (Mg ++). Resumindo tudo que foi dito para o Ca++^ serve para o Mg++^.
O Enxofre (S) intervém na síntese de compostos orgânicos, em especial vitaminas e enzimas, sendo um nutriente imóvel. Não se conhece sintomatologia para o seu excesso. A carência de enxofre reduz o crescimento vegetal, provocando a clorose foliar. Inicialmente, os sintomas acentuam-se nas zonas mais jovens da planta.
Formas no Solo: encontra-se em quase da sua totalidade na matéria orgânica e em, pequenas quantidades, na forma de sulfatos (SO 4 =^ ) solúveis na solução do solo.
MICRONUTRIENTES
São micronutrientes: Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, B e Cl.
O Ferro (Fe) é um constituinte do grupo prostético de proteínas, necessário à síntese de clorofila e à divisão celular, sendo um nutriente imóvel. Não se conhece sintomatologia para o seu excesso. A carência de ferro provoca uma extensa clorose foliar em que as nervuras permanecem verdes, uma redução do crescimento vegetal, inibição do desenvolvimento de primórdios foliares. Inicialmente, os sintomas acentuam-se nas zonas mais jovens das plantas.
Formas no Solo: existe fazendo parte dos seguintes materiais: silicatos primários, argilas, óxidos e hidróxidos de ferro e sais fosfatados. Em tais forma, ele é insolúvel, ocorrendo em solução apenas traços desse elemento. O conteúdo de ferro nos solos varia de 200 ppm a mais de 10%.
O Cobre (Cu) é um componente de metalo-enzimas e aceitador intermediário de elétrons, sendo um nutriente imóvel. Não se conhece sintomatologia para o seu excesso. A carência de cobre altera a tonalidade das folhas, tornando-as verde-azuladas e enroladas onde aparecem cloroses intervenais e necroses. Nos cereais, a extremidade da folha torna-se branca e pode cair. Inicialmente, os sintomas acentuam-se nas zonas mais jovens das plantas.
Formas no Solo: nos solos o cobre pode ocorrer, solúvel em água, adsorvido pelas argilas ou fazendo parte de compostos orgânicos.
O Manganês (Mn) é um ativador enzimático, controlando reações de oxirredução essenciais à fotossíntese e à síntese de clorofila, sendo um nutriente imóvel. Não se conhece sintomatologia para o seu excesso. A carência de manganês provoca clorose intervenal nas zonas mais jovens, enrolamento e queda de folhas, afetação do embrião e aparecimento de pontos necróticos espalhados nas folhas. Inicialmente, os sintomas acentuam-se nas zonas mais velhas das plantas.
Formas no Solo: é um dos mais abundantes micronutrientes existentes no solo, em certos solos tropicais, alcançando a ordem de 10%. Ocorre no solo na forma de óxidos e de hidróxidos, de solubilidades variáveis. É encontrado nos materiais orgânicos não decompostos incorporados ao solo, tornando-se, possivelmente, disponíveis às plantas mediante decomposição desses materiais pelos microrganismos do solo. O pH do solo é um fator primário responsável pela quantidade de Mn disponível às plantas.
O Zinco (Zn) é um ativador enzimático, sendo um nutriente móvel. Não se conhece sintomatologia para o seu excesso. A carência de zinco provoca uma redução do crescimento vegetal, impedindo o alongamento dos caules e a expansão foliar e interfere com a frutificação. Inicialmente, os sintomas acentuam-se nas zonas mais jovens das plantas.
Formas no Solo: a maioria dos minerais em que o Zn ocorre é facilmente decomposta. A deficiência do Zn no solo está associada mais ao pH do que ao teor de zinco total, que no solo, é de 10 a 300 ppm.
O Molibdênio (Mo) é essencial para a fixação de N e assimilação de nitratos, sendo um nutriente imóvel. Não se conhece sintomatologia para o seu excesso. A carência de molibdênio origina manchas cloróticas intervenais seguidas de necrose marginal e enrolamento foliar, interferindo com a
O complexo coloidal do solo, constituído pelas argilas e pelo húmus (produto da decomposição da matéria orgânica), é responsável pela retenção, em sua superfície, dos cátions no solo. Esses cátions adsorvidos nas partículas coloidais permanecem em equilíbrio dinâmico, ou seja, sujeito à mudanças constantes, com os cátions na solução do solo. Adsorvidos no complexo coloidal, com forças diferentes de retenção, dando a seguinte série:
Al +++^ > H+^ > Ca ++^ > Mg ++^ > K+^ > NH 4 +^.
Tal série significa que o Al +++^ tem maior poder de deslocação de outros íons do complexo que o H+^ , este por sua vez, maior que o Ca++, e assim por diante.
DISPONIBILIDADE DE NUTRIENTES:
A disponibilidade de nutrientes no solo é em função de seu pH. Quando este é elevado acima de 6,5, há diminuição na disponibilidade dos seguintes nutrientes: zinco, cobre, manganês, ferro e boro, podendo ocorrer deficiência nas plantas cultivadas nessas condições, principalmente se existentes em pequenas quantidades. O zinco, o cobre e o ferro são insolubilizados sob a forma de hidróxidos, o manganês, de formas oxidadas e, o boro, em formas orgânicas e inorgânicas não bem conhecidas. Em condições de solo com pH abaixo de 5,5, há diminuição na disponibilidade de molibdênio e fósforo, que são altamente fixados pelo ferro, alumínio, manganês e titânio que, nestas condições, se encontram bastante solúveis.
De modo geral, a faixa de pH em que ocorre maior disponibilidade de todos os nutrientes é entre 6,0 e 6,5.
A análise do solo da amostra 702 C realizada em aula prática no Laboratório de Solos da UESB, teve o seguinte resultado:
DETERMINAÇÃO pH EM ÁGUA (1:2,5) – acidez ativa do solo.
Resultado: pH= 6,
DETERMINAÇÃO pH EM KCl N (1:2,5).
Resultado: pH= 5,
DETERMINAÇÃO pH EM CaCl 2 0,01 M (1:2,5).
Resultado: pH= 6,
Estes resultados obtidos, mostram que o pH do solo variando nos testes entre 5,96 e 6,7, indica que para este solo há uma maior disponibilidade de todos os nutrientes do solo.
