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COMPOSICIÓN DE LA DISOLUCIÓN DEL SUELO. COMPOSICIÓN DE LA DISOLUCIÓN DEL SUELO. Suelos agrícolas: Ca 2+ , Mg 2+ , K + , NO 3 - , Cl - y SO 4 2- , pH Suelos ácidos: Al Suelos alcalinos: Na + , CO 3 2- Estabilidad mineral Si Suelos superficiales poco alterados DOC. - PowerPoint PPT Presentation
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COMPOSICIÓN DE LA DISOLUCIÓN DEL
SUELO
COMPOSICIÓN DE LA DISOLUCIÓN DEL SUELO
•Suelos agrícolas:
Ca2+, Mg2+, K+, NO3-, Cl- y SO4
2-, pH
•Suelos ácidos:
Al
•Suelos alcalinos:
Na+, CO32-
•Estabilidad mineral
Si
•Suelos superficiales poco alterados
DOC
COMPONENTES MINORITARIOS
Metales traza suelos contaminados
Dependen:
pH
S.O.M
Condiciones redox
ESPECIACIÓN
Hidrólisis
Formación de pares iónicos
Formación de complejos
Mn+ O
H
H
O
Ln- H
H
Mn+ O
H
H
e-H+
Hidrólisis
Al
OH
2
2+
Al
O
Al
O
4+
Al(H2O)63+ + H2O AlOH(H2O)5
2+ + H+
AlOH(H2O)52+ + H2O Al(OH)2(H2O)4
+ + H+
Al(OH)2(H2O)4+ + H2O Al(OH)3(H2O)3
0 + H+
Al(OH)3(H2O)30+ H2O Al(OH)3(H2O)2
- + H+
Hidrólisis
Hidrólisis
Reacciones de complejación del Cr en la disolución del suelo
Reacción pK0
Cr(H2O)63+ CrOH(H2O)5
2+ + H+ 3.9
CrCl(H2O)52+ CrCl(H2O)4
2+ + H+ 5.2
Cr(CN)5(H2O)2- Cr(CN)5OH3- + H+ 9.0
Complejos y pares iónicos
Equilibrios de complejación del Ca en la disolución del suelo
Reacción pK
Ca2+ + H2PO4- CaH2PO4
+ -1.40
Ca2+ + H2PO4- CaHPO4
0 + H+ 4.46
Ca2+ + H2PO4- CaPO4
- + 2H+ 13.09
Ca2+ + SO42- CaSO4
0 -2.31
Ca2+ + Cl- CaCl+ 1.00
Ca2+ + 2Cl- CaCl20 0.00
Complejos y pares iónicos
El pH del suelo
pH del suelo
H+ marca el comportamiento del suelo desde el punto de vista químico y biológico
pH = -log [HpH = -log [H+ + ]]
pH + pOH = 14pH + pOH = 14
FUENTES DE ACIDEZFUENTES DE ACIDEZ
NO2 SO2
SO2 + H2O + ½ O2 2H+ + SO22-
2NO2 + H2O + ½ O2 2H+ + 2NO32-
COOH R-COO- + H+
OH R-O- + H+
CO2 +H2O H+ + HCO3- 2H+ + CO3
2-
NH3 + 2O2 H+ + NO3- + H2O
SH2 + 2O2 2H+ + SO42-
H H+
K
NaCa
Al Al3+ + H2O Al(OH)2+ + H+
Al(OH)2+ + H2O Al(OH)2+ + H+
Al(OH)2+ + H2O Al(OH)3 + H+
Atmósfera
Suelo
LA LLUVIA ÁCIDALA LLUVIA ÁCIDA
H+
NH4+
Na+
Ca2+
Mg2+
K+
SO42-
NO3-
Cl-
Suelos forestales y de praderaSuelos forestales y de pradera
•Lavado de los cationes alcalinos y alcalinotérreos
•Disminución del pH
•Solubilización de metales tóxicos como el Al.
•Reducción de la actividad de los microorganismos
•Disminución de la productividad
Suelos agrícolasSuelos agrícolas
•Sin efecto
NH4+ + 2O2 NO3
- + 2H+ + H2O
LA LLUVIA ÁCIDALA LLUVIA ÁCIDA
SUELOS DE MINAS Y ÁCIDO SULFATO
FeS2 + 15/4 O2 + 7H2O Fe(OH)3 + 2H2SO4
superficie de minas de carbón
planicies marinas de inundación en áreas templadas y tropicales
SUELOS DE MINAS Y ÁCIDO SULFATO
HIDRÓLISIS
CA
RG
A M
ED
IA
carga media
Aluminol
H2O
Silanol
H+ O OH Al Si
Centro ácido de Lewis
ARCILLAS
centro ácido de
Lewis
A B C
Hidroxilos superficiales
H
O
Fe
ARCILLASARCILLAS
ARCILLASARCILLAS
Suelos muy ácidos
H, Fe, Al
Unidos por enlaces covalentes a los bordes de cristales de la arcilla
difícilmente pasa a la disolución del suelo.
Sólo en lugares de intercambio de carga permanente de los silicatos en equilibrio con el presente en la disolución del suelo.
ARCILLASARCILLAS
Suelos moderadamente ácidos
Parte de los iones hidrógeno, unidos a lugares de carga variable, se pueden liberar más fácilmente
Contribuyen con los retenidos en los lugares de carga permanente a la concentración de protones en la disolución del suelo.
ARCILLASARCILLAS
Suelos neutros y alcalinos
La mayoría de las cargas dependientes del pH, se han transformado en disponibles para el intercambio de cationes
Hidrógeno sustituido por calcio, magnesio y otras bases
OTRAS FUENTES DE ACIDEZOTRAS FUENTES DE ACIDEZ
4Fe2+ + O2 + 10H2O 4Fe(OH)3 + 8H+
Reacciones redox
OTRAS FUENTES DE ACIDEZOTRAS FUENTES DE ACIDEZ
FUENTES DE ALCALINIDAD
complejo de cambio Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
complejo de cambio Ca2+
H+
Ca2+
Ca2+
+ 2H2OH+
+ 2OH-
Suelos salinos y sódicos (Aridisoles)Suelos salinos y sódicos (Aridisoles)
Acumulación de CaCO3; MgCO3, Na2SO4; NaCl
Los cationes correspondientes saturan el complejo de cambio.
SALES SOLUBLES
Si en el suelo predominan los carbonatos, el pH final es como mucho 8.5,
pH de equilibrio de la reacción de disolución del carbonato de Ca
CaCO3 + H2O Ca2+ + CO2 + 2OH-
SALES SOLUBLES
CO2 CO2 H2CO3 HCO3- CO3
2- CaCO3
Interfase
gas-líquido
Interfase
líquido-sólido
OH- H2O H+ Ca2+
pH = -2/3 log P CO2 + B
pH = -2 log [Ca2+] + C
pH de los suelos calizospH de los suelos calizos
pH de los suelos salinospH de los suelos salinos
Sales de ácidos fuertes y de bases fuertes:Sales de ácidos fuertes y de bases fuertes:
Sulfatos, cloruros, nitratos de calcio, magnesio y sodio
pH del orden de 8.5
Sales de ácidos débiles Sales de ácidos débiles
Carbonatos de sodio, potasio magnesio
pH por encima de 8.5 hasta 10 aproximadamente.
pH de los suelos salinospH de los suelos salinos
HCO3- y CO3
2- reaccionan con el ión H3O+ para fijar un protón:
HCO3- + H3O
+ H2CO3 + H2O
CO32- + 2H3O
+ H2CO3 + 2H2O
Alc = [HCO3-] + 2[CO3
2-] + 2[OH-] - [H+]
Alc = [Na+] + [K+] + 2[Ca2+] + 2[Mg2+] - [Cl- ] - 2[SO42-]
pH = log Alc - log PCO2 + 7.82
PODER DE AMORTIGUACIÓN
PODER DE AMORTIGUACIÓN
resistencia que presenta el suelo a modificar su pH cuando se le añaden
ácidos o bases.
permite mantener el pH dentro de límites muy estrechos, evitando modificaciones radicales que afectarían negativamente a los microorganismos y plantas y al propio suelo
PODER DE AMORTIGUACIÓN
Disolución del suelo
Disolución de minerales del suelo
Superficies de carga permanente
Superficies de carga variable
Depende de:
PODER DE AMORTIGUACIÓN
Disolución del suelo
Ácidos disueltos
Ácidos fuertes
capacidad tampón alta a concentraciones altas
mínima a valores de pH de alrededor de 7, mayor a valores más bajos (<3)
Ácidos débiles
Carbonatos
M.O.
Capacidad tampón dependiente de la concentración y pK de disociación
Máxima pK-1<pH<pK+1
PODER DE AMORTIGUACIÓN
Disolución mineral
Al(OH)3 + 3H+ Al3+ + 3 H2O
lixiviación
Al(H2O)63+ + H2O AlOH(H2O)5
2+ + H+
H+ + Ca(OH)+ Ca2+ + H2O
PODER DE AMORTIGUACIÓN
Disolución mineral
Mayor capacidad si contienen Ca2+, Mg2+, Na+ y K+
Mayor capacidad cuanto más solubles
gibbsita, caolinita, esmectitas, illitas, feldespatos
PODER DE AMORTIGUACIÓN
Superficies de carga permanente
intercambio de cationes entre la superficie y la disolución del suelo.
Depende de:
Tipo y concentración de iones en la superficie y en la disolución
Tipo, características estructurales y afinidad relativa de la superficie por los distintos iones.
Las arcillas saturadas de H son inestables
PODER DE AMORTIGUACIÓN
Superficies de carga variable
intercambio de iones entre la superficie y la disolución del suelo.
protonación y desprotonación de los grupos hidroxilo, óxido o H2O expuestos a la superficie de los oxohidróxidos o de los bordes de los minerales de arcilla
Aluminol
H2O
Silanol
H+ O OH Al Si
Centro ácido de Lewis
centro ácido de
Lewis
A B C
Hidroxilos superficiales
H
O
Fe
PODER DE AMORTIGUACIÓN
Superficies de carga variable
Punto isoeléctrico (iep)
pH al cual se absorben cantidades iguales de H+ y de OH-
Igual afinidad por los H+ que por los OH- iep 7,
Mayor afinidad por los H+ iep > 7
Menor afinidad por los H+ iep<7
PODER DE AMORTIGUACIÓN
Superficies de carga variable
pH < iep
adsorción de H+ aumenta con la fuerza iónica y la carga de los iones de la disolución del suelo.
pH>iep
adsorción de OH- aumenta con la fuerza iónica y la carga de los iones de la disolución del suelo.
PODER DE AMORTIGUACIÓN
Superficies de carga variable
O O
M OH + F- M F-
O O
M OH M O OH
O + HPO42- O P
M OH2+ M O O-
Intercambio ligando (anión-anión)
Superficie normalmente más negativa
PODER DE AMORTIGUACIÓN
Superficies de carga variable
Punto cero de carga (pzc)
el pH al cual la carga neta de la superficie es cero
La capacidad tampón de una superficie de carga variable es mínima en el pzc y aumenta conforme nos alejamos de él,
La amortiguación depende de la diferencia entre el pH de la disolución y el pzc.
PODER DE AMORTIGUACIÓN
Superficies de carga variable
curva de carga inicial del suelo
curva de carga tras adicionar potasa
pzse
carg
a n
eta
punto de efecto salino cero (pzse)
pH al cual la adsorción no varía con la fuerza iónica
PODER DE AMORTIGUACIÓN
Superficies de carga variable
La materia orgánica
La amortiguación por materia orgánica en la fase sólida es similar a su comportamiento en la disolución del suelo.
Su capacidad depende del pH del suelo y de si se acumula como ácido o su base conjugada.
RANGO DE pH DE LOS SUELOS
Acidez
pH del Suelo
Acidez Neutralidad Alcalinidad
Muy fuerte
Muy fuerte
Fuerte
Mode-
radaFuerte
Mode-
radaLigera
Ligera
pH de las
turbas ácidas
rango de pH de los suelos
minerales de las
regiones húmedas
rango de pH de los suelos
minerales de las
regiones áridas
suelos altamente alcalinos
pH del Suelo
El pH y el grado de saturación de los suelos varían de forma limitada en función de las estaciones del año.
Suelos con vegetación permanente Suelos con vegetación permanente
su valor medio refleja un estado de equilibrio característico del perfil. pH ± 1
Producción de iones H+ durante la humificación se compensa con el aporte de iones básicos (procesos de alteración y de los ascensos biológicos).
Suelos agrícolasSuelos agrícolas
puede que no exista compensación por la extracción de bases por las cosechas.
TIPOS DE ACIDEZ DEL SUELO
Acidez actual:
Acidez potencial:
concentración de iones H3O+ libres que existen
en la disolución del suelo
la suma de los iones H+ de cambio que
constituyen una "reserva", actualmente
no disponible
bases cambiables
H y Al enlazados
H+ cam
biables
Al(OH)x
Al3+ cambiable
Relación entre el pH y los cationes unidos a los Relación entre el pH y los cationes unidos a los coloides del suelocoloides del suelo
3 4 5 6 7 8 4 5 6 7 8
80
60
40
20
% de capacidad de adsorción de cationes
pH del suelo pH del suelo
H enlazado (y probablemente Al y Fe en medio muy
ácido
bases de cambio
H y Al cambiables
H y Al cambiables
bases de cambio
H enlazado
SUELO ORGÁNICO SUELO MINERAL
Dependencia del pH con el complejo adsorbente
bomba de H+
quelanteFe(III) quelado
Descomposición
Fe(III)-reductasa
Fe3+ a Fe2+Fe2+
Canal del Fe2+
quelante
Fe2+
raíz
rizosfera
Contribución de los minerales de arcilla al pH del sueloContribución de los minerales de arcilla al pH del suelo
AcidezH enlazados covalentemente
H de cambio